کاربرد نانو تکنولوژی در تصفیه آب
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه:69
پایان نامه برای اخذ درجه کارشناسی ارشد (M.SC)
گرایش: صنایع گاز
فهرست مطالب :
مقدمه. 2
فصل اول
1-1- روش های سنتی : 12
1-2- برخی از معایب شیوه سنتی در تصفیه آب: 13
1-3- معایب استفاده از سامانه آب شیرین کن ها : 15
فصل دوم
2-1- کاربرد نانو ذرات در حذف کاتالیستی آلاینده ها: 17
2-2- کاربرد نانو ذرات مغناطیسی در تصفیه آب : 19
2-3- نانو فیلترها 19
2-4- نانو مواد: 22
2-5- نانو مواد حفره ای: 22
2-6- نانو ذرات : 24
2-7- نانو سنسورها در تصفیة آب و پساب: 26
2-8- نانوفتوکاتالیست: 26
2-9- زئولیت ها : 28
2-10- پلیمرها : 29
2-11- نمک زدایی: 29
فصل سوم
3-1- نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس : 33
3-2- اساس کار اسمز معکوس : 34
3-3- غشاهای مورد استفاده در NF و RO.. 36
3-4- مقایسه غشاهای Nano Filter , Reverse Osmose. 41
3-5- غشاهای NF : 43
فصل چهارم
4-1- غشاهای نانولوله ای.. 45
4-2- نانو غربال ها: 48
بخش پنجم
5-1- شرکتهای فعال در صنعت نانو تکنولوژی.55
جمع بندی .64
مراجع: 66
مقدمه :
جمعیت جهان در حال افزایش و منابع آب آشامیدنی رو به کاهش است؛ بنابراین ممکن است جهان در آینده با مشکل کمبود آب مواجه شود. افزایش مصرف آب و کمبود حاصل از آن که بر اثر آلودگی نیز تشدید می‌شود سبب شده‌است تا تأمین آب بهداشتی به یکی از دغدغه‌های اساسی جامعه جهانی تبدیل شود. امراض ناشی از آلودگی‌های آب هرروزه هزاران و شاید دهها هزار نفر را می‌کشد.
حدود دو سوم کره زمین را آب فرا گرفته است . که از این میزان آب حدود 97 در صد آن غیر قابل آشامیدن هست . بر اساس پیش بینی سازمان ملل در سال 2035 میلادی حدود 48 کشور (یعنی 32 درصد جمعیت جهان ) دچار کمبود آب آشامیدنی می شوند. در آغاز قرن بیست و یکم دانشمندان تمرکز خود را ، بر روی فن آوری نوینی ( فناوری نانو ) معطوف کردند . این فناوری برای اولین بار حدود چهل سال پیش مطرح شد . البته روش های دیگری نیز برای دسترسی به آب قابل شرب وجود دارد که از جمله آن می توان به استفاده از دستگاه آب شیرین کن اشاره کرد که این سامانه بروی آب های شور دریا و یا رودخانه ها قرار گرفته و آب قابل شرب را برای ما تامین می کند . که در ادامه به معایب استفاده از این سامانه و برتری فناوری نوین نانو بر این روش اشاره خواهیم کرد.
توانایی بازیافت آب، امکان دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را ایجاد می‌کند. با به کارگیری فناوریهای الکتریکی و مکانیکی به سادگی میتوان آب آلوده را برای استفاده در کشاورزی و یا حتی برای مصارف خانگی بازیافت نمود. بدین‌ترتیب فیلترنمودن آب با فیلترهای نانومتری، تحولی عظیم در بازیافت و استفاده مجدد از آب‌های صنعتی و کشاورزی ایجاد می‌کند. فیلترهای فیزیکی با منافذی در حد نانومتر می‌توانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و حتی واحدهای کوچک پروتئین را صددرصد غربال کنند. با جداساز‌های الکتریکی که یون‌ها را به وسیله صفحات ابرخازن جذب می‌کند میتوان نمک‌ها و مواد سنگین را جذب کرد. بررسی فعالیت‌های مختلف دنیا، شامل برنامه‌های در دست اجرا و برنامه‌های آتی مراکز صنعتی و پژوهشی، نشان می‌دهد که حوزه تصفیه یکی از حوزه‌های کاربرد فناوری‌نانو در صنعت آب است؛ و با بهره‌گیری از آن، هزینه‌های تصفیه آب به میزان زیادی کاهش خواهد یافت.
نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها و ... ، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف جهان مورد ارزیابی قرار گرفته است.
در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود.
اخیراً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند.
مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است.
فناوری نانو طی مدت کوتاهی که از ظهور آن می گذرد کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون یافته است. در نتیجه صنعت آب، بعنوان یکی از پایه‌های حیات از این مسئله مستثنی نیست و در بخشهای مختلف آن، شامل ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفیه آب و پساب، شیرین سازی آب و غیره، فناوری نانو کاربرد یافته است .
امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساختهای ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه 5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی از مصرف آب غیر بهداشتی می‌میرن .
تمام تلاش محققین این است که با کمک روشها و فناوریهای جدید بتوانند این مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوریها، فناوری نانو است . [15]
در مجموع کاربردهای متعددی را میتوان در زمینه استفاده از فناوری نانو متصور بود که اهم آنها در ذیل آمده است :
1- استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفیه آلاینده ها
2- رنگ زدایی از آب آشامیدنی
3- نمک زدایی از آب
4- نانو پوشش ها
5- نانو لوله‌های جاذب گازهای سمی
6- نانو پلیمرهای متخلخل
7- استفاده از نانو ذرات در تصفیه پسابها
8- نانو فیلترها
9- حذف آرسنیک موجود در آب با استفاده از فناوری نانو [15]
تاریخچه
تمدن های قدیمی همواره در مجاورت منابع آب شکل گرفته اند. با این که مقدار آب موجود و قابل استفاده دغدغه اصلی نیاکان ما بوده است ، اما تعریف درست و جامعی از کیفیت آب وجود نداشته است.
با این وجود منابع تاریخی بسیاری حکایت از تلاش انسانهای عصر گذشته برای تصفیه آب و زدودن ذرات معلق و طعم و بو از آن دارد. اما قرنها طول کشید که انسانها به این نتیجه دست یافتند که حواس بینایی، بویایی و چشایی نمی توانند تنها ملاک های تشخیص کیفیت آب باشند.
استفاده از روشهای مختلف جهت بهبود طعم و بوی آب به 4000 سال قبل از میلاد بر می گردد. در نوشته های بر جا مانده از سانسکریت و یونان باستان استفاده از زغال چوب جهت فیلتر کردن آب ، قراردادن آب در معرض نور آفتاب ، جوشاندن آب و قراردادن تکه های فلز داغ در آب قبل از نوشیدن آن توصیه شده است.
مصری ها 1500 سال قبل از میلاد از ((آلوم)) جهت تصفیه آب و ته نشین کردن ذرات معلق در آن استفاده می کردند.
بقراط، دانشمند یونانی که در سال 460 تا 354 قبل از میلاد می زیسته، جهت دستیابی به آب با طعم مناسب ، که به باور او آب سالم می بود، فیلتر پارچه ای اختراع نمود که با عبور دادن آب جوشیده شده از آن باعث زدودن ذرات عامل طعم و بوی نا مناسب از آب می شد.
پس از تلاشهای انجام شده در تمدن های باستانی ، پیشرفت در زمیه دستیابی به روشهای تصفیه آب در قرون وسطی با یک وقفه طولانی روبرو گردید. در سال 1627 میلادی ، دانشمندان دوباره با طرح مسئله ضرورت تصفیه آب دریچه تازه ای در این مقوله گشودند. در این سال رابرت بیکن (Robert Bacon) دست به یک سری آزمایش در جهت زدودن نمک از آب دریا از طریق فیلترهای ماسه ای نمود. اگرچه آزمایشات او کاملا نا موفق بود اما مثال جرقه ای در ابداع فیلترهای ماسه ای به شمار می رود .
در سال 1676، آنتون فان لیوونهوک (Anton Van Leeuwenhoek) اولین میکروسکوپ را اختراع نمود . با این اختراع دانشمندان دنیای جدیدی از آلودگی های آب را که تا آن زمان کاملا سالم و قابل آشامیدن تلقی می شود مشاهده نمودند و به این ترتیب میکروارگانیسم ها کشف شدند.
پس از سال 1700 میلادی ، با آشنایی مردم از خطرات آلودگی های موجود در آب شرب، فیلترهای خانگی ساخته شده از پشم ، اسفنج و زغال چوب مورد استفاده قرار گرفتند.
اولین تصفیه خانه آب شهری در سال 1804 در شهر پیزلی (Paisley) اسکاتلند ساخته شد. این تصفیه خانه از فیلترهای با بستر شن و ماسه تشکیل شده بود و سیستم توزیع آن مشتمل بود بر یک اسب و یک گاری.
بعد از آن ، شهر گلاسکو اسکاتلند از اولین شهرهایی بود که آب فیلتر شده را از طریق خطوط لوله به مصرف کننده ها می رساند . در سال 1827 ، فیلترهای ماسه ای کند (Slow Sand Filters) که توسط رابرت تام( Robert Thom) ابداع شده بودند در اسکاتلند مورد بهره برداری قرار گرفتند. این فیلترها از طریق شستشوی معکوس تمیز می شدند. در عین حال در سال 1829 در شهر لندن فیلترهای دیگری توسط جیمز سیمسون ( James Simpson) ابداع گردید که تمیز کردن آنها توسط خراشاندن و برداشتن لایه های کثیف شده انجام می گرفت .
در قرن 19 میلادی ، فیلترهای شنی کند بهترین گزینه جهت تصفیه آب باقی ماندند. با این حال سطح بزرگ مورد نیاز این فیلترها همواره از معایب آنها به شمار می رفت. با افزایش جمعیت شهرها و افزایش نیاز به ظرفیت های بالا در تصفیه خانه های آب ، مساحت بزرگی از زمین می بایست صرف ساخت این فیلترها می شد.
در سال 1880 میلادی ، فیلترهای شنی سریع (Rapid Sand Filters) در آمریکا ابداع شدند. شستشوی این فیلترها توسط آب و به صورت شستشوی معکوس انجام می گرفت . بدین ترتیب ظرفیت تصفیه خانه های آب به طور قابل توجهی افزایش و مساحت زمین مورد نیاز آنها بطور قابل توجهی کاهش یافت.
و...
دانلود پایان نامه کاربرد نانو تکنولوژی در تصفیه آب