مقرون به صرفه بودن بالای کاربرد فناوری نانو در تصفیه فاضلاب ها

به گزارش سرویس خبری بسیج علمی  از گیلان؛ از کل فاضلاب تصفیه شده حدود ۴۸ درصد در کشاورزی، ۴۵ درصد در آبهای سطحی، کمتر از نیم درصد در صنعت و ۵ درصد نیز در آبیاری فضای سبز و پارک ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نیاز آبی کشور در سال ۱۴۰۰ به ۱۵۰ میلیارد مترمکعب می رسد که حدود ۵۰ درصد بیشتر از پتانسیل بالقوه منابع آب تجدیدپذیر کشور است. در صورت مدیریت صحیح پساب خروجی از تصفیه خانه‌ ها، ۷۰ درصد نیاز آبی کشور با تصفیه فاضلاب ‌ها قابل تامین است.

آخرین مرحله در تصفیه آب، حذف موجودات زنده بسیار ریز است. در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضد عفونی کننده استفاده می شود، ولی در این حالت حتی بعد از تصفیه هم ترکیبات ارگانیک زیادی در آب حضور دارند. کلر قادر به حذف موجودات زنده ریز از آب است ولی با آلاینده های ارگانیک واکنش داده، محصولات جانبی تجزیه ناپذیر و سمی تولید می کند که نمی توان آنها را از آب حذف کرد.

انتقال این مواد به محیط زیست و استفاده از آنها در کشاورزی و دیگر صنایع می تواند مشکلات بهداشتی جبران ناپذیری را ایجاد کند.

تصفیه فاضلاب به کمک نانوکاتالیزور نوری می تواند جایگزین سومین مرحله تصفیه یعنی ضد عفونی با کلر شود تا موجودات زنده ریز و ترکیبات آلی را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به یک منبع آب مناسب تبدیل کند. به طور طبیعی موجودات زنده ریز، ترکیبات ارگانیک بزرگ را کوچکتر می کنند، اما از آنجا که این ترکیبات به طور زیستی تجزیه ناپذیرند، مجبور به استفاده از نوعی انرژی برای تجزیه آنها هستیم.

این انرژی از اشعه فرابنفش نور خورشید گرفته می شود و به همراه کاتالیزورهای نوری مورد استفاده قرار می گیرد. انرژی تولید شده از واکنش سلول کاتالیزوری نوری می تواند موجودات زنده ریز را کشته و ترکیبات تجزیه ناپذیر را تجزیه کند. این فرآیند به دلیل امکان استفاده مجدد از کاتالیزورهای نوری، بسیار مقرون به صرفه است. ذرات کاتالیزوری چه به صورت همگن در محلول پراکنده شده یا روی ساختارهای غشایی رسوب داده شده باشند، می توانند ما را از تجزیه شیمیایی آلاینده ها مطمئن سازند.

اثر افزودن فلزات مختلف در بهبود فعالیت کاتالیزوری شناخته شده است و از آن در حذف تری کلرواتیلن (TCE) از آب های زیر زمینی استفاده می کنند. نانو ذرات طلا و پالادیم، کاتالیست هایی بسیار موثر برای حذف آلودگی TCE از آب هستند. مزیت های حذف TCE با پالادیم به خوبی مشخص شده ولی این روش تا حدودی پرهزینه است. با به کارگیری فناوری نانو می توان تعداد اتم های در تماس با مولکول های TCE و در نتیجه کارایی این کاتالیست را چندین برابر کاتالیست های رایج افزایش داد.

TCE حلال رایج در روغن زدایی از فلزات و قطعات الکترونیکی، یکی از مواد آلی سمی رایج در منابع آب است و در 60 درصد پسماندهای صنعتی به عنوان آلودگی وجود دارد. تماس آن با بدن باعث صدمه زدن به کبد و بروز سرطان می شود.

کاتالیست های شیمیایی نسبت به کاتالیست های زیستی بسیار سریع تر عمل می کنند ولی بسیار گران هستند. یکی از مزیت های کاتالیست های پالادیم برای تجزیه TCE این است که پالادیم، این ماده را مستقیماً به ماده غیرسمی اتان تبدیل می کند.

در حالی که کاتالیست های رایج مانند آهن، آن را به برخی مواد واسطه سمی مانند وینیل کلراید تبدیل می کنند. محققان روش جدیدی را توسعه داده اند که طی آن نانو بلورهای تیتانیوم با سطح ویژه بالا برای حذف آروماتیک های آلی تولید می شوند. این مواد تحت تابش اشعه فرابنفش، قابلیت اکسیداسیون نوری بسیاری از مولکول ها را پیدا می کنند.