فیلتراسیون مونواکسید به کمک فناوری نانو

هوا ضروری‌ترین ماده برای ادامه حیات موجود زنده است. درصد گازهای موجود در هوا شامل 78 درصد ازت ، 19 درصد‌اکسیژن و به ترتیب 2، 1 و 3/0 درصد بخار آب، آرگون و دی‌اکسید کربن و همچنین حدود 18 پی‌پی‌ام، گاز نئون، 5 پی‌پی‌ام هلیوم، 1/5 پی‌پی‌ام متان و مجموعا 5/0 پی‌پی‌ام دی‌اکسید ازت، هیدورژن و گزنون است. به طور کلی از آلوده‌کننده‌های مهم هوا می توان "مونواکسید کربن" ،" اکسیدهای گوگرد"، "اکسیدهای ازت"، "اکسیدکننده‌های فتوشیمیایی"، "هیدروکربورها"، ذرات معلق در هوا و مواد رادیو اکتیو را نام برد که در این مقاله به بررسی خواص مونواکسید کربن می پردازیم.

 

با آغاز فصل سرما مردم تلاش می‌کنند، کمتر در معرض سرما قرار بگیرند و برای گرم کردن محل سکونت و کار خود از وسایل گرم کننده‌، شامل بخاری گازی با دودکش و بدون دودکش، شومینه‌های گازی یا هیزمی، چراغ‌های خوراک پزی و غیره استفاده می‌کنند که بر اثر سوختن ناقص مواد و گازها در این وسایل، گاز "مونوکسید کربن" (CO) تولید می‌شود که این گاز بسیار خطرناک و سمی است. از چند سال گذشته به دلیل کمبود جا در خانه‌ها؛‌ برخی از کارخانه‌ها اقدام به تولید بخاری‌های بدون دودکش کرده‌اند که جای کمتری اشغال می‌کند. بر خلاف تصورات رایج بیشتر مردم خطرات ناشی از آلاینده ها در مکانهای بسته بیشتر از محیط های باز می باشد اما از آنجا که خلاف این امر صورت می گیرد و در زمستان کلیه منافذ خانه بسته است، با تولید گاز منو اکسید کربن مسمومیت و به دنبال آن مرگ به همراه می آید.

 

اصطلاحاً زمانی که شعله آتش زرد رنگ باشد، گفته می شود که این نوع سوخت مونواکسید کربن زیادی تولید می کند که برای محیط زیست بسیار خطرناک است و هر چه محیط محدود تر باشد قطعاً خطر آن هم بیشتر می شود. ناقص سوختن یک اصطلاح علمی است که بیشتر در شیمی به کار می رود. ابن عبارت زمانی استفاده می شود که اکسیژن کافی برای سوخت کامل یک ماده وجود نداشته باشد.

 

آلودگی هوا یکی از پنج عامل اصلی تهدید کننده سلامت بشر هستند که در چند دههء اخیر می توان با تراکم و نزدیکی بیش از حد ساختمانها، عدم تهویهء مناسب هوا به منظور جلوگیری از اصراف انرژی ، استفاده از مواد مصنوعی و شیمیائی در ساختمان ، مبلمان و وسایل شخصی همینطور استفاده از حشره کش ها، مواد شوینده، تمیز کننده و ضد عفونی کننده دانست. مونو اکسید کربن یک گاز بی رنگ و بو می باشد که در اثر سوخت ناکامل انرژی فسیلی و سوختن ترکیبات آلی هیدروکربنها تولید و منتشر می شود. این گاز در هوای داخل در اثر دود سیگار ، بسته بودن محیط و نزدیک بودن به گاراژ یا خیابان متراکم می شود. از صنایع تولید گاز مونواکسید کربن می توان به اگزوز اتومبیل ها، دودکش کارخانه جات، دود حاصل از سوختن ذغال، آتش سوزی ها، گازهای خانگی و فرآورده های نفتی اشره کرد. به طور کلی دود اتومبیل حاوی 7 درصد، بخاری نفتی 5 درصد و گاز مایع 4 درصد مونواکسید کربن هستند. منبع اصلی تولید مونواکسید در شهرها، وسایط نقلیه موتوری است. البته فعالیت‌های صنعتی و احتراق ناقص سوخت در تأسیسات تجاری و دستگاه‌های حرارتی و سوختن زباله نیز به میزان کمتر در تولید این گاز سهیم هستند.

مونو اکسید کربن از طریق ریه وارد خون شده، با هموگلوبین ترکیب می شود و اجازه نمی دهد که اکسیژن کافی به سلولها برسد. از علائم مونو اکسید کربن می توان آنفلوانزا، خستگی، سردرد، گیجی، حالت تهوع، ناراحتی روحی و تپش بالای قلب را نام برد. مسومیت بالای مو نو اکسید کربن می تواند به مرگ فوری منتهی شود. مسمومیت آن با میزان پائین برای خانمهای حامله می تواند عوارض جبران ناپذیری برای خانمهای حامله به جای گذارد که به دلیل دارا بودن همین خصایص، لقب قاتل پنهان گرفته است. اگر این گاز در هوا پراکنده شود، گاز گرفتگی صورت گرفته، و مسمومیت و مرگ به دنبال دارد که آمار چشم گیر این مسمومیت، توجه محققین و مخترعین را به خود جلب کرده است. جلوگیری از گسترش مضرات ناشی از آلودگی هوا در منازل ، مدارس ، مهد کودکها و محل بازی کودکان بدون کمک تمامی افراد جامعه و همکاری بخش خصوصی و سازمانهای دولتی ذیربط امکان پذیر نمی باشد.

 

این آلاینده تأثیر فراوانی بر سلامتی موجودات زنده بر جای می‌گذارد. لازم به ذکر است، میل ترکیبی هموگلوبین خون که عامل انتقال اکسیژن به بافت‌های بدن است، با مونواکسید کربن دویست مرتبه بیشتر از میل ترکیبی آن با اکسیژن است. در نتیجه وجود مقدار کمی از این گاز و ترکیب آن با هموگلوبین خون موجب تشکیل کربوکسی هموگلوبین می‌شود که یک ترکیب‌ پایدار است. این ترکیب از مقدار هموگلوبینی که اکسیژن را به بافت‌های بدن می‌رساند، می‌کاهد و از جدا شدن اکسیژن و هموگلوبین از یکدیگر جلوگیری می‌کند. همچنین مونواکسید کربن در خون، فشار نسبی گاز اکسیژن را کاهش داده و نیروی محرکه انتشار در بافت‌های بدن را کم می‌کند. مجموعه این تغییرات، ایجاد مسمومیت‌ها و حساسیت‌های زیادی از جمله تضعیف مرکز اعصاب، حساسیت به نور و کاهش قدرت بینایی، کاهش قوه باصره و کنترل حرکات اختیاری را فراهم می‌آورد.

 

 

طبق آمار سازمان بهداشت جهانی، وجود گازهای آلاینده در هوای دم، منجر به افزایش مرگ و میر به میزان بیش از 500 هزار نفر در هر سال، در سراسر جهان می شود که در این راستا گزارشی در خصوص بسیاری از اختلالات فیزیولوژیک، بیوشیمیایی و جهش مولکولی ناشی از تماس با این مواد وجود ندارد.

 

براساس آمارهای وزارت بهداشت میزان مرگ و میر سالانه شهروندان تهرانی براثر آلودگی هوا بیش از 7 هزار نفر است که از این تعداد 4 هزار نفر بر اثر بیماریهای ناشی از ذرات معلق در هوا و 3 هزار و 300 نفر براثر سرطان های ناشی از آلودگی هوا جان خود را از دست می دهند.آمارها نشان می دهد که هر ساله براثر آلودگی هوا از هر 100 هزار نفر 62 نفر به بیماری های قلبی و تنفسی و 52 نفر نیز به سرطان مبتلا می شوند که به هیچ وجه مطلوب نیست. لذا بایستی اصول ایمنی را جهت جلوگیری از حوادث رعایت کنیم. به گزارش سازمان جهانی بهداشت (WHO) سیگارنه تنها برای سیگاری‌ها بلکه برای افرادی هم که سیگاری نیستند، اما در معرض دود سیگار دیگران قرار می‌گیرند بسیار خطرناک است .براساس آمار این سازمان، سالانه نزدیک به 200هزار نفر بر اثر عواقب دود سیگار در محل کار جان می‌بازند. مونو اکسید کربن، گاز خطرناکی است که مانع انتقال اکسیژن به خون می‌شود. این گاز ازسوخت خودروهای بنزینی یا هنگام مصرف دخانیات تولید می‌شود.در اروپا قانونی به اجرا گذاشته شده که میزان مونواکسید کربن تولید شده توسط خودروها را محدود می‌کند. در مقایسه با این قانون، یک فرد سیگاری که در روز 5 نخ سیگار می‌کشد، به نسبت، مونواکسید کربن بیشتری از یک خودرو تولید می‌کند.

 

گاز CO مشکلات و مضراتی از قبیل آلودگی هوا ، مشکلات استنشاق ، بیماریهای قلبی-تنفسی و مشکلاتی دیگر پدید می آورد که در سالهای اخیر توجه مسئولین زیربط، محققین و مخترعین را به خود جلب کرده است در حالی که با توجه به آمار بهداشت جهانی همه ساله نیم میلیون نفر بر اثر عدم رعایت حوادث ایمنی و مضرات مونواکسید کربن جان می بازند. علیرغم اثرات نامطلوب آلاینده‌های هوا که به برخی از آنها اشاره شد، تأثیر هر آلاینده به غلظت و مدت تماس با آن بستگی دارد. برای مثال، یک آلاینده مانند منواکسیدکربن با غلظت زیاد، در مدت کوتاه ممکن است اثر نامطلوبی نداشته باشد، در حالی که غلظت پایین‌تری از این آلاینده به مدت طولانی‌تر می‌‌تواند باعث بروز عوارض متعددی مانند سرگیجه و تهوع شود.

 

بنابراین میزان تاثیر غلظت و مدت زمان تنفس گازها با یکدیگر تفاوت دارند. در شرایطی که بخواهیم مشخص کنیم کدامیک از آلاینده‌ها دارای اثر نامطلوب بیشتری است، از شاخصی به نام استاندارد آلاینده استفاده می کنیم.

 

بر اساس این شاخص، وضعیت آلودگی هوا به پنج دسته تقسیم‌بندی شده است. حدود استانداردی بین 5 تا 50 بیانگر وضعیت هوای پاک، 51 تا 100 نشانگر هوای مجاز و استاندارد هوا بین 101 تا 199 هوای سالم و بین 200 تا 299 و بیش از 300 وضعیت هوای خیلی ناسالم و خطرناک را نشان می‌دهند که برای سنجش میزان خطر گاز مونواکسیدکربن، باید به حدود استاندارد آن در هوا توجه نمود تا در صورت وجود خطر، علت را بر طرف کرد.

 

به طور کلی عدم رعایت نکات ایمنی بیشترین عامل مسمومیت و مرگ بر اثر CO بوده است که باعث ناسالم شدن هوا و عبور آن از مرز هوای مجاز است. رعایت این نکات می تواند گامی موثر برای پیشگیری از خطرات این آلاینده باشد.
پیشگیری از مسمومیت با گاز Coبسیار ساده است:
-استفاده از وسایل گرمایشی استاندارد در پیشگیری از این مسمومیت از اهمیت بالایی برخوردار است و بخاری‌های بدون دودکش به هیچ عنوان از تولید گاز Co جلوگیری نمی کند بلکه به دلیل بسته بودن منافذ در زمستان، باعث مسمومیت و آلوده شدن هوای محیط می شود.
-دقت و توجه به داغ بودن دودکش نیز بهترین آزمایش سلامت دودکش است. اگر لوله دودکش بخاری شما سرد است دلیل آن خارج نشدن حاصل احتراق و دیگر گازهای سمی مانند مونواکسید کربن، از دودکش است. در صورت سرد بودن لوله دودکش باید ضمن رفع نقص، به طور موقت با باز کردن قسمتی از درب یا پنجره، در محیط تهویه ایجاد کنید.
-رنگ شعله بخاری و وسایل پخت و پز باید آبی باشد و چنانچه رنگ شعله قرمز ،‌زرد یا نارنجی باشد، حتما نقص در سوخت رسانی و کمبود اکسیژن در محیط است که سریعا باید تعمیر و سوخت رسانی شود. همان طور که در قبل اشاره کردیم رنگ شعله زرد نشان از کمبود اکسیژن ترکیبی است که در این حالت ناقص سوزی رخ داده و مونواکسیدکربن تولید می شود
-در صورت استفاده از وسایل گرمایشی نباید تمام منافذ خانه بسته باشند زیرا خطر مسمومیت در محیط بسته و محدود بیشتر است.
-از نسب آبگرمکن در حمام و یا استفاده از شعله آشپزخانه برای گرم کردن باید خود داری نمود.

 

علاوه بر راههای فوق، راههای بسیاری برای کاهش خطرات CO وجود دارد که از جمله آن ها می توان به پرکاربرد ترین آنها یعنی "فیلتراسیون" اشاره نمود. امروزه نانو فیلتراسیون ها نقش بسیار مهمی در جدا سازی آلاینده های مضر موجود در هوا دارند. با فناوری نانو میتوان نقایص مواد را در مقیاس نانو متر بر طرف نمود و آنها را به شیوه مطلوب و قابل استفاده تغییر داد. در ابتدا لازم می دانیم فناوری نانو را به طوری کامل شرح داده، و به دنبال راههای اساسی برای کاهش خطرات CO باشیم.

 

نانو به راستی کوچک است چرا که مقیاس نانو متر به معنای یک میلیاردم متر است.   (1000000000/1) برای احساس اندازه های مادون ریز ، قطر موی سر انسان را که یک دهم میلیمتر است در نظر بگیرید ، یک نانومتر صدهزار برابر کوچکتراست 9- ^ 10متر .

 

در واقع تکنولوژی نانو عبارت است از به کار گیری ابزارها و سیستم ها برای کنترل، شکل و طراحی، توصیف، تولید و کاربرد ساختارها در اندازه نانومتر. اهمیت نانو مقیاس به این دلیل است که در نانو مقیاس خواص جدیدی به دست می آوردند و مواد در این مقیاس کوچک اند. مواد تولید شده در مقیاس نانو را بر اساس سه بعدی، دو بعدی و یک بعدی بودن آنها بررسی می کنند.

 

تکنولوژی و مهندسی در قرن پیش رو با وسایل ، اندازه گیریها و تولیداتی سروکار خواهد داشت که چنین ابعاد مادون ریزی دارند. در دو دهه اخیر، پیشرفتهای تکنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آمده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشر را تا پایان قرن دگرگون خواهد کرد ، پیش می رود . درحال حاضر پروسه های در ابعاد چند مولکول قابل طراحی و کنترل است . همچنین خواص مکانیکی ، شیمیایی ، الکتریکی ، مغناطیسی ، نوری و... مواد در لایه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درک و تحلیل و سنجش است . با تکنولوژی نانو قادر به تغییر مواد در جهت مطلوب و رفع نقایص مواد هستیم. درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است. مجموعه های طبیعی ، ترکیبی از دانه های مادون ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه های در حدود نانو می باشد.

 

در بیانی کوتاه نانوتکنولوژی یک فرایند تولید مولکولی است . همانطور که طبیعت مجموعه ها را بطور خودکار مولکول به مولکول ساخته و روی هم مونتاژ کرده است ، ما هم باید برای تولید محصولات جدید ، با این اعتقاد که هرچه در طبیعت تولید شده قابل تولید در آزمایشگاه نیز هست ، نظیر طبیعت راهی پیدا کنیم . البته منظور این نیست که چند هسته از مواد راپیدا کنیم و با رساندن انرژی و خوراک پس از چند سال یک نیروگاه از آن بسازیم که شهری را برق دهد . بلکه برای ترکیب و تکامل خودکار تولیدات مادون ریزکه به نحوی در مجموعه های بزرگتر مصرف دارد ، راهی بیابیم . در اندازه های مادون ریز ، روشها و ابزارآلات متعارف فیزیکی مانند تراشیدن و خم کردن و سوراخ کردن و...جوابگو نیستند .

 

برای ساختن ماشینهای ملکولی باید روش پروسه های طبیعی را دنبال کرد . با تهیه نقشه های ساختاری بدن یعنی آرایش ژنها و DNA که ژنم نامیده شده است و به موازات آن دست یافتن به تکنولوژی مادون ریز ، در دراز مدت تحولات بسیاری در هستی ایجاد خواهد شد . تولید مواد جدید ، گیاهان ، جانداران و حتی انسان متحول خواهد شد . اشکالات ساختاری موجودات در طبیعت رفع می شود و با ترکیب و خواص اورگانیک گیاهان و جانوران ، موجودات جدیدی با خواص فوق العاده و شخصیتهای متفاوت بوجود خواهد آمد .آینده علوم و مهندسی که چندین گرایشی Multi- Disciplinary )) است ، به طرف تولید ماشینهای مولکولی سوق داده خواهد شد تا در نهایت بتواند مجموعه های کارآیی از پیوندهای ارگانیک و سایبریک را عرضه نماید. استفاده از این روش به تولید و ساخت محصولات و ایجاد تکنولوژی‌های جدید با کارآیی بالا منجر می‌شود. نانوتکنولوژی این امکان را فراهم می‌کند که اجزا و ترکیبات مواد شیمیایی را در مقیاس نانو در آورده و داخل سلول‌ها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روش‌های جدید خود مونتاژ بسازیم. در این روش به هیچ وسیله‌ای مانند یک روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزا نیازی نیست.

 

هستی را به رایانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) که دو پدیده مختلف ولی ادغام شده هستند ، می توان تشبیه کرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هیدروژن ) و نرم افزار یا برنامه ، قابلیت نهفته در خلقت آن است .

 

اتم به نظر ساده و ابتدایی هیدروژن در طی میلیاردها سال با قابلیت نهفته در خود توانسته است میلیونها نوع آرایش مختلف را در هستی بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولی در برنامه ریزیهای جدید و یافتن اشکال دیگری از آنچه در طبیعت وجود دارد ، پیش خواهد رفت . طبیعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهای شگفت آور آن را باز خواهد کرد . احتمالا انسان در شرایط مناسبتری از درجه حرارت و فشار که درتشکیل طبیعی مواد مختلف از هیدروژن لازم است ، بتواند اتمهای مورد نباز خود را تولید کند ، سیارات دیگری را در نهایت در اختیار بگیرد و بعید نیست که نواده های دوردست ما بتوانند در نیمه های راه ابدیت در اکثر نقاط جهان هستی و کهکشانها سکنی گزینند.

 

به احتمال زیاد قبل از پایان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعی و دیجیتالی را خواهند داشت. از بیماری ، پیری ، درد ستون فقرات ، کم حافظه ای و... رنج نخواهند برد .قابلیت فهم و تحلیل اطلاعات در مغز آنها در مقایسه با امروز بی نهایت خواهد شد. در هزاره های آینده انسانهای طبیعی مانند امروز احتمالا برای مطالعات پژوهشی نگهداری شده و به نمونه های آزمایشگاهی و بطور حتم قابل احترام تبدیل خواهند شد و مردمان آینده از اینهمه درد و ناراحتی که اجداد آنها در هزاره های قبل کشیده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

 

اکنون جا دارد همگام با تحولات جدید در مهندسی و علوم ، دانشگاهها و مراکز تحقیقاتی بطور جدی به پژوهشهای تکنولوژی مادون ریز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانیم مرزهای دانش روز را به نسلهای آینده تحویل دهیم و در تشکلهای جدید هستی سهمی داشته باشیم . باشد هرچه زودتر به خود آییم و عمق شکوهمند و معجزه آسای اندیشه بشررا دریابیم و از کوتاه بینی و افکار فرسوده موروثی فاصله بگیریم . گفته شیخ اجل سعدی در آینده مصداق واقعی تری خواهد داشت :

 

این تکنولوژی جدید توانایی آن را دارد که تاثیری اساسی بر کشورهای صنعتی در دهه های آینده بگذارد . در اینجا به برخی از نمونه های عملی در زمینه نانوتکنولوژی که بر اساس تحقیقات و مشاهدات بخش خصوصی به دست آمده است ، اشاره می شود .

 

انتظار می رود که مقیاس نانومتر به یک مقیاس با کارایی بالا و ویژگیهای منحصربفرد ، طوری ساخته خواهند شد که روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی تواند باشد .

 

مهمترین فیاده های نانوتکنولوژی عبارتند از :

 

نانوتکنولوژی می تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 میلیارد دلار برای صنعت نیمه هادیها و 900 میلیون دلار برای مدارهای مجتمع ، طی 10 تا 15 سال آینده شود.

 

همچنین نانوتکنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، کیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد .
-تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متکی به نانوتکنولوژی خواهد بود که این امر ، خود 180 میلیارد دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد .
-کاتالیستهای نانوساختاری در صنایع پتروشیمی دارای کاربردهای فراوانی هستند که پیش بینی شده است این دانش ، سالانه 100 میلیارد دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد .
-نانوتکنولوژی موجب توسعه محصولات کشاورزی برای یک جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادی تری را برای تصویه و نمک زدایی آب و بهینه سازی راههای استفاده از منابع انرژیهای تجدید پذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه نماید . بطور مثال استفاده از یک نوع انباره جریان گذرا با الکترودهای نانولوله کربنی که اخیرا آزمایش گردید ، نشان داد که این روش 10 بار کمتر از روش اسمز معکوس ، آب دریا را نمک زدایی می کند.
-انتظار می رود که نانوتکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها ، محیط زیستی سالمتر را فراهم کند . برای مثال مطالعات نشان می دهد در طی 10 تا 15 سال آینده ، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتکنولوژی ،مصرف جهانی انرژی را تا 10 درصد کاهش داده ، باعث صرفه جویی سالانه 100 میلیارد دلار و همچنین کاهش آلودگی هوا به میزان 200 میلیون تن کربن شود.

-در چند سال گذشته بازارچند میلیارد دلاری برپایه نانوتکنولوژی کسترش یافته اند . برای مثال در ایالات متحده ، IBM برای هد دیسکهای سخت ، یک سری حسگرهای مغناطیسی را ابداع کرده است .
بنا بر این استفاده از نانو مواد و تکنولوژی نانو در صنایع، می تواند گامی موثر در جهت صرفه جویی و پیش برد اهداف در جهت مطلوب کردن مواد، باشد.

از تکنولوژی نانو در تهیه فیلتر استفاده می‌شود. این فیلترها با کاربردهای مختلف برای استفاده در یخچال، اتومبیل، محیط خانه و بیمارستان‌ها و مراکز درمانی برای حذف باکتری، قارچ، بو و ترکیبات آلی فرار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
فیلترهای نانو نقره، فیلترهای ضدمیکروب

 

فیلترهای نانو نقره دارای قدرت بسیار بالایی در حذف میکروارگانیسم‌ها و میکروب‌های بیماری‌زا هستند. استفاده از این فیلترها در مکان‌هایی مانند بیمارستان و مراکز عمومی‌ که احتمال وجود آلودگی‌های میکروبی زیاد است اهمیت و کاربرد زیادی دارند:

علاوه بر نقره از ذرات نانویی کربن نیز برای از بین بردن بو و مواد فرار استفاده می‌شود. فیلترهای نانو کربن با دارا بودن ساختارهای نانو کربنی که دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند، بوها و مواد فرار را به خوبی جذب می‌کنند. قدرت جذب این فیلترها 15 برابر بیشتر از کربن فعال است و علاوه بر بو ترکیبات آلی فرار را نیز حذف می‌کنند.

 

یکی دیگر از موارد کاربرد نانوتکنولوژی در ساخت فیلترهای نانو هیبرید است که فرآیند تهویه و تصفیه هوا را به خوبی انجام می‌دهند و برای از بین بردن میکروب‌ها در محیط‌های مختلف مانند محیط‌های نگهداری مواد غذایی، سرویس‌های بهداشتی، رستوران‌ها و آشپزخانه‌ها به کار برده می‌شوند. این فیلترها حاوی نانو ذرات هیبرید مواد آلی و معدنی است و پایداری خوبی دارند.

یکی از کاربردهای فناوری نانو استفاده از نانو فیلترها است که گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی شناخته می شود. از تکنولوژی نانو در تهیه فیلتر استفاده می‌شود. این فیلترها با کاربردهای مختلف برای استفاده در یخچال، اتومبیل، محیط خانه و بیمارستان‌ها و مراکز درمانی برای حذف باکتری، قارچ، بو و ترکیبات آلی فرار مورد استفاده قرار می‌گیرند. گازهای مضری مانند فرمالدئید، تولوئن و بنزن که از مبلمان، موکت، فرش، لوازم چوبی و چرمی، وسایل پلاستیکی، سطوح رنگ شده، لوازم آرایش و ... متصاعد می‌شوند سبب بسیاری از سردردها، سرگیجه، سوزش چشم، مشکلات تنفسی و تشدید آسم می‌گردند و مقدار این گازها در محیط خانه 2 تا 5 برابر محیط خارج است که نانو فیلتراسیون می تواند نقش مهم و موثری در رفع این مشکلات داشته باشد. نانوتکنولوژی نیز یکی از نمونه‌های جدید پیشرفت علم و تکنولوژی است که گسترش و کاربرد زیادی به ویژه در بهداشت و سلامت انسان‌ها داشته است.

 

نانو فیلترها براساس منافذشان به3 گروه: میکرو، اولترا و نانوفیلترها طبقه بندی شده اند. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از2 لایه تشکیل می شود. لایه های نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاها در اشکال مختلف مارپیچی، صفحه ای، لوله ای و فیبری هستند. نانوفیلتراسیون یک فرآیند جداسازی تحت فشار ما بین اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون است. نانو فیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون برتری دارد، چرا که در اولترا فیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معکوس میزان خلوص آب حاصله بیشتر از حد محصول است که پیامد آن افزایش قیمت این روش است.

 

دانشمندان روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانو لوله های کربنی ابداع کرده اند که حتی قادر به حذف هیدروکربن های سنگین از نفت خام می باشد. ساخت فیلترها از نانولوله های کربنی فوایدی مانند سهولت نظافت، افزایش استحکام، قابلیت مصرف مجدد و مقاومت آنها در برابر حرارت، دارا می باشد.

 

برخی از شرکت های صنعتی در حال استفاده از نانوفیلترهای اکسید آلومینیم با اندازه دو نانو متر برای تصفیه آب هستند. فیلترهای نانو سرام قادرند باکتریها، نمکها عناصر کدر کننده، مواد رادیو اکتیو و فلزات سنگین را از آب حذف کنند. این نوع فیلترها در 5PH تا 9 بهترین عملکرد را دارند. حداکثر4 بار فشار را می توان به فیلترها اعمال کرد که منجر به شدت جریان9 تا10 لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی متر مربع از فیلتر خواهد شد. در حال حاضر، هزینه هر مترمربع فیلتر یک دلار است که ممکن است این مقدار به3 دلار نیز برسد. بنا به گفته کارشناسان، فیلترهای نانو سرام، نیازی به تصفیه پیشین یا پسین، تمیز کردن و شارژ مجدد فیلتر ندارند.

 

برخلاف فیلترهای معمولی ، لایه الیاف نانو توانایی فیلتراسیون ذرات در مقیاس میکرون را دارد که با استفاده از آن می توان فیلترهای ارزان قیمت و با کارایی بالا به دست آورد.

 

مکانیزم فیلتراسیون الیاف نانو با الیاف معمولی متفاوت است. همین ویژگی سبب گسترش محدوده کاربرد این الیاف در جوانب مختلف زندگی روزمره انسان ها شده است. با کاهش قطر الیاف پلیمری از میکرومتر به نانومتر، خواص منحصر به فردی مانند نسبت سطح به حجم بسیار بالا، انعطاف پذیری و خواص مکانیکی عالی در الیاف ایجاد می شود که سبب گسترش کاربرد آنها خواهد شد.

 

در سالهای اخیر، نانو الیاف به علت دارا بودن ویژگی های منحصر به فرد در صنایع مختلف از جمله فیلتراسیون هوا مورد توجه قرار گرفته اند. در یک طرح پژوهشی دوساله ، لایه های مختلفی از الیاف نانو با قطر و ضخامت مختلف به روش الکتروریسی تهیه شده و در یک سیستم آزمایشگاهی آزمون فیلتر که برای تعیین ویژگی های فیلتر طراحی و ساخته شده بود، بررسی و آزمایش شد. نتایج به دست آمده از این طرح تحقیقاتی که از سوی محققان واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی انجام شد، نشان می دهد فیلترهای ساخته شده از الیاف نانو قابلیت بسیار بالایی در فیلتراسیون ذرات آلوده دارند و از راندمان بالاتری در مقایسه با فیلترهای سلولزی معمولی برخوردارند.

 

با استفاده از الیاف نانو می توان فیلترهای تمیز شونده با راندمان بالا و وزن کمتر طراحی و تولید کرد که در نتیجه سبب می شود تفاوت محسوسی را در روش فیلتراسیون نسبت به استفاده از فیلترهای متداول الیافی ایجاد کنیم.تاکنون روشهای متعددی برای تولید الیاف نانومتری در نظر گرفته شده است که از میان آنها روش الکتروریسندگی علاوه بر سادگی از بازده بالاتری برخوردار است و در واقع می توان گفت این روش تنها روشی است که در آینده می توان از آن برای تولید نانو الیاف به صورت هم جهت و پیوسته استفاده کرد. در روشهای محصول تولید الیاف با قطر بزرگتر ابتدا مذاب پلیمری با اعمال نیروهای مکانیکی تحت کشش قرار می گیرد و از داخل حدیده خارج می شود و نهایتاً رشته ای از الیاف به دست می آید. قطر الیاف نانو به پارامترهای مختلفی مانند غلظت پلیمر، ولتاژ الکتریکی اعمال شده ، فاصله ، دبی جریان ، قطر سوزن و نوع جمع کننده بستگی دارد.

 

ویژگی متمایز این الیاف سبب می شود نانو الیاف پلمیری به عنوان مواد مناسبی در زمینه های مختلف صنعتی استفاده شوند که از آن جمله می توان به کاربرد این الیاف در ساخت نانو کامپوزیت های پلیمری ، صنایع فیلتراسیون ، نظامی و پزشکی اشاره کرد.امروزه استفاده از الیاف نانو برای ساخت لباسهای محافظ در مقابل عوامل شیمیایی و بیولوژیکی ، ساخت فیلترهایی با ویژگی های متفاوت و همچنین نانو کامپوزیت های پلیمری به صورت کاربردی مطرح شده است. پیش بینی می شود استفاده از این الیاف در فیلتراسیون تحول عظیمی را در این بخش به وجود آورد.

 

به گفته توکلی ، اگر از یک فیلتر با کیفیت بالا در فرآیند فیلتراسیون هوا استفاده شود، ذرات تا مقیاس 300 نانومتر در این سطح محبوس خواهند شد و بازده این فرآیند به 99.97 درصد ارتقاء خواهد یافت.

 

هر چند اندازه منافذ قرار گرفته روی این گونه فیلترها کوچک و ضخامت فیلتر در محدوده ای است که اجزای فوق العاده کوچک را نیز به دام می اندازد؛ اما در این نوع فیلتراسیون لازم است جریان هوا با فشار وارد شود. در غیر این صورت توانایی فیلتراسیون کاهش می یابد و همانند یک فیلتر معمولی عمل می کند.با استفاده از لایه نازکی از الیاف نانو می توان فرایند فیلتراسیون را در فشار هوای معمولی و جریان هوای کم با کیفیتی مشابه فیلترهایی از جنس الیاف شیشه ای انجام داد.

 

قطر الیاف نانوی مورد استفاده در این نوع فیلترها به کمتر از یک میکرون می رسد که همین امر باعث زیاد شدن نسبت سطح به حجم ، کوچک شدن منافذ و در نهایت تخلخل بالا می شود. این فیلترها می توانند با وجود کارایی بسیار بالا در فیلتراسیون ذرات ریز، افت فشار را نیز به حداقل برساند. این ویژگی سبب افزایش کارایی فیلتر، کاهش افت فشار و افزایش طول عمر آن می شود.

 

برای مثال ، نانو فیلترهای مورد استفاده در صنایع خودروسازی سبب صرفه جویی در مصرف سوخت و انرژی ، سوختن کامل بنزین در موتور، کاهش آلودگی هوا و مشکلات زیست محیطی و کاهش هزینه ها می شود. این در حالی است که با ورود هوای تمیز به داخل موتور اتومبیل ، بازده موتور افزایش و ورود ذرات آلوده به داخل موتور کاهش می یابد.

 

انسان ها در معرض یک انقلاب اجتماعی قدرتمند و تسریع شده قرار گرفته اند که تا حدودی ناشی از توسعه نانو فناوری در زمینه های مختلف زندگی است. در آینده ای نه چندان دور، دانشمندان قادر به ساخت اولین آدم آهنی در مقیاس نانو می شوند که حتی می تواند همانندسازی کند و طی چند سال با تولید 5 میلیارد تریلیون نانو روبات ، تقریبا تمامی فرآیندهای صنعتی و نیروی کار کنونی از رده خارج خواهد شد. با این تحول عظیم ، کالاهای مصرفی به وفور یافت می شود، در حالی که ارزان ، شیک و بادوام خواهد بود. دارو درمانی جهشی سریع و کوانتومی را تجربه می کند، سفرهای فضایی مقرون به صرفه خواهد شد و به طور کلی سبک زندگی در جهان به صورت زیربنایی متحول شده و الگوهای رفتاری انسان ها نیز بناچار تحت تاثیر این روند قرار خواهد گرفت. مطالعات انجام شده نشان می دهد با توجه به امکانات و قابلیت های موجود در کشور، دستیابی به دانش فنی تولید این مواد در مقیاس صنعتی و نیمه صنعتی امکان پذیر خواهد بود.

 

در محیط اطراف ما همواره انواع باکتری‌ها، قار‌چ‌ها، ویروس‌ها، گازهای مضر و بوهای نامطبوع وجود دارند. همچنین عوامل میکروبی مانند ویروس‌ها و باکتری‌ها از علل مهم سرماخوردگی و عفونت‌های تنفسی به ویژه در کودکان، سالمندان و بیماران ریوی می‌باشند. با تولید فیلترهای نانو می توان با حبس گاز CO در ابعاد نانومتر، از پخش شدن آن در هوا و نیز تنفس آن جلوگیری نمود و خطرات ان را کاهش داد. بنابراین با کاهش خطرات و مضرات این گاز روبرو خواهیم بود.