فناوری نانو، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستمهای جدید با كنترل سطوح مولكولی و اتمی برای استفاده از خواصی است كه در آن سطوح ظاهر میشود. نانو یک مقیاس بوده و به اندازه یک میلیاردم متر ( 10-9m) میباشد. خصوصیات مواد در اندازههای نانومتری دچار تغییرات میشود و خصوصیات ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک ماده مانند رنگ، خواص مغناطیسی، دمای ذوب و… تغییر میکند، بدون اینکه تغییری در ترکیبات شیمیایی آن ایجاد شود .
هوا یکی از عناصر اصلی براي بقاي موجودات زنده از جمله انسان است. بنابراین حفظ آن از انواع آلودگیهایی که ناشی از فعل و انفعالات طبیعت یا فعالیتهاي بشري است از مهمترین موضوعاتی است که مورد توجه میباشد. مشکلات ناشی از آلودگی روزافزون هوا دانشمندان را بر آن داشته است تا با استفاده از فناوری های مدرن و پیشرفته به کمک منابع طبیعی و محیط زیست بشتابد. از جمله این راه حل های مدرن میتوان به فناوري نانو و کاربرد آن در حفظ محیط زیست اشاره کرد.
در زیر به توضیح مختصری در خصوص استفاده از فناوری نانو در فیلترها و پوششهای تصفیهکننده هوا پرداخته شده است و در انتها نمونهای از کاربرد این فناوری در محصولات تجاری شده، معرفی شدهاند.
روشهای مبارزه با آلایندهها و عوامل بیماریزا
- انواع فیلترهای نانو جهت تصفیه هوا :
فیلتر نانو نقره
فیلتر نانو نقره محصولی است که به کمک خاصیت آنتی باکتریالی نانو ذرات نقره، جهت تصفیه هوا و استریل کردن اماکن عمومی و رفع آلایندهها و عوامل بیماری زا با منشا باکتریایی استفاده میشود.
- عملکرد
اختلال در سیستم متابولیسمی باکتریها و انهدام آنها
از بین بردن بیماریهایی که منشا باکتریایی دارند
- مشخصات
استفاده از نانو ذرات نقره با ابعادی در حدود 50-5 نانو متر در ساختار این فیلتر
کارایی 99% این فیلتر در جهت انهدام باکتریها
مقاوم در برابر سرما و گرما
فیلتر نانو کربن
این فیلترها دارای ذرات کربن در ابعاد ۴۰۰ – ۱۰۰ نانو متر میباشند و قادرند بو و مواد فرار را در خود جذب نمایند. فیلترهای نانو کربن بهدلیل داشتن سطح ویژهی بالا بو و مواد فرار موجود در هوا را بهخوبی جذب میکنند. قدرت این فیلترها ۱۵ برابر بیشتر از کربن فعال بوده و میتوانند ترکیبات آلی فرار را نیز حذف نمایند و بر خلاف کربن فعال توانایی جذب گازهایی با مولکولهای قطبی و غیرقطبی را نیز دارا میباشند.
- عملکرد
حذف گازهای حاصل از ترکیبات آلی فرار(VOC)[1]
کارایی و عملکردی چندین برابر بیشتر از کربن فعال
مشخصات
استفاده از نانو ذرات کربن با ابعاد 400-100 نانو متر
قابلیت جذب مولکول های قطبی و غیر قطبی
دارای سطح فعالی معادل با 1000 m2/g
——————————————————–
[1] Volatile organic compounds
فیلتر نانو هیبرید
فیلترهای نانو هیبرید فرآیند تهویه و تصفیه هوا را انجام میدهند . این فیلترها حاوی نانو ذرات هیبرید مواد آلی و معدنی بوده و پایداری مناسبی دارند و در کاهش برخی از میکروبها و قارچها قابل استفاده میباشند.
- عملکرد
دارای خاصیت ضد قارچ و جلوگیری از رشد کپک
قابلیت حذف گازهای آلاینده محیطی از جمله آمونیاک و VOC
دارای خاصیت ضد باکتری و عامل ممانعت کننده از تشکیل کولونیهای باکتریایی
- مشخصات
استفاده از نانو ذرات معدنی از جمله تیتانیا و مس
توانایی در انهدام باکتری ها از جمله اشرشیاکولی[1] و استافیلو کوکوس[2] با کارایی بالغ بر 99%
مقاوم در برابر شستشو و قابل شستشو با آب
جذب کننده ذرات معلق و گرد و غبار محیط به علت دارا بودن خاصیت الکتروستاتیک
————————————————
[1] Escherichia
[2] Staphylococcus
فیلتر نانو فتوکاتالیست
این فیلتر دارای نانو ذرات TiO2 با پایداری بالا بوده و در تعامل با طول موج نور ماوراء بنفش ( UV ) شرایط مناسبی را برای اکسیداسیون و خاصیت ضدمیکروبی فراهم میآورد .
عموما دستگاههای تصفیه هوا با این قابلیت، بهوسیله یک فن هوای اطراف را به داخل دستگاه هدایت نموده و پس از عبور از مراحل فیلتراسیون، هوای آلوده را در داخل بدنه دستگاه در مجاورت لامپ و فیلتر قرارداده و پاکسازی نموده و سپس هوای پالایش شده به بیرون از دستگاه هدایت می شود .
- عملکرد
دارای خاصیت آنتی باکتریال بر روی باکتریها
حذف گازهای حاصل از ترکیبات آلی فرار(VOC)
- مشخصات
اندازه ذرات TiO2 بکار رفته در این فیلتر 10-5 نانو متر میباشد
کارایی بلند مدت و بهره گرفتن از نور جهت انجام واکنشهای اکسیداسیون و احیا
دارای سطح فعالی معادل با300 m2/g
- نانوپوششهای هوشمند تصفیه کننده هوا
نانوپوششهای تصفیه کننده هوا بر روی سطوح خارجی ساختمانها و جادهها بهویژه در نقاط پرتردد و دارای آلودگی بالا، قابل استفاده هستند. بهکارگیری این پوششها یکی از راههای کاهش آلودگی هوا، بهویژه کاهش درصد NOX ( ترکیبات اکسید نیتروژن) و VOC (گازهای فرار محیطی) محیط محسوب میگردد.
این نوع پوششها به دو شکل پوششهای آلی و غیرآلی تولید میشوند. عامل تأثیر گذار مهم در عملکرد این دسته از پوششهای هوشمند، ترکیبات فلزی نیمه هادی و با خاصیت فوتوکاتالیستی، نظیر تری اکسید تنگستن( WO3)، اکسید روی (ZnO) و اکسید تیتانیوم (TiO2) است که از این میان استفاده از TiO2 بهدلیل پایداری شیمیایی بالا، سمیت پایین و ارزان بودن رایج تر است.
نانو رنگ هاي تصفیه کننده هوا
این پوشش بر پایه رزین هاي اکریلیک، سیلیکون و فناوري نانو بوده که ضمن دارا بودن قدرت پوشش بالا و ایجاد سطحی زیبا با ویژگی آب گریزي و غبارگریزي و مقاومت فوق العاده نسبت به شرایط مختلف جوي داراي خاصیت خود تمیزشوندگی نیز بوده و قادر است سطوح ساختمانی را به مدت طولانی از گردو غبار و سایر آلایندهها محافظت نماید .نانوذرات موجود در این پوشش، انرژي لازم را از نور خورشید دریافت کرده و در حضور رطوب و بخار آب موجود در هوا، رادیکالهاي هیدروکسیل و پروکسیل آزاد مینماید. این رادیکالهاي آزاد ایجاد شده در کسري از ثانیه، طی واکنشی باعث شکسته شدن عناصر آلاینده موجود در هوا می شوند. اکسیدهاي شکسته شده در واکنش با ذرات رنگ خنثی شده و دي اکسید کربن و آب تولید میکنند.
مزایاي نانو رنگ هاي تصفیه کننده هوا
نانوذرات در طی واکنش، صرفا به عنوان یک کاتالیزور[1] عمل کرده و به هیچ وجه مصرف نمیشوند و به همین دلیل فرآیند فوق در صورت وجود نور و رطوبت هوا به صورت دائمی ادامه خواهد یافت. به دلیل وجود نانوذرا ت، رنگهاي تصفیه کننده هوا داراي خواص خودتمیزشوندگی، ضد بو و ضد باکتريایی هستند.
———————————-
[1]catalyser
انواع آلودگی و تاثیرات آن بر سلامتی
به طور کلی منابع انتشار آلودگیها به دو صورت طبیعی و مصنوعی ایجاد میشود
این پوشش میتواند تا حد زیادي باعث تجزیه فرمالدئید، بنزن، گازهاي فرار و دیگر آلایندهها شود و آلودگی ناشی از باکتريها و قارچها را تجزیه نماید.
کاربردهاي نانو رنگ هاي تصفیه کننده هوا
- نماي ساختمانهاي مسکونی، تجاري، صنعتی
- منازل ، مطب پزشکان ، متخصصان و ادارات
- مهد کودكها، مدارس،آسایشگاهها و سراي سالمندان
- بیمارستانها و اورژانسها
- خوابگاهها، سالنهاي غذا خوري ، ورزشی و سینما
- کارخانجات صنایع گوناگون مانند صنایع غذایی ، دارویی
- آزمایشگاهها و مراکز تحقیقاتی
| عملکرد هر هزار متر مربع از این نانو پوشش معادل عملکرد 70 درخت برآورد شده |
نمونهای از محصولات تجاری تصفیه کننده هوا
ناکسوت[1] (اولین رنگ تصفیه کننده هوا در جهان)
این محصول که حاصل تحقیقات گسترده گروهی از اتحادیه اروپا میباشد در کشور فیلیپین و با همکاری مستقیم کمپانی کریستال اکتیو از کشور انگلستان به تولید انبوه رسیده است.
ناکسوت هوا را پاك مىكند و طى يك واكنش شيميايى، اكسيدهاى سمى نيتروژن مانند مونوکسید نیتروژن و دی اکسید نیتروژن حاصل از احتراق موتور خودروها و فعاليت كارخانجات و نيروگاهها و غيره را خنثى و بى ضرر مىكند]2[.
Air Scrubber Plus
نام محصولی است که میتوان با آن آلودگیهای محیطی را از هوای اطراف زدود. در این محصول از سلولهای لانهزنبوری حاوی نانوپوشش دیاکسید تیتانیوم استفاده شده است که در حضور نور، آب و اکسیژن میتواند باکتریها و ویروسها را از بین ببرد.
با استفاده از محصول Air Scrubber Plus،9/99% باکتریهای مختلف موجود در سطح از بین رفتهاند]3[.
—————————–
[1] KNOxOUT
- ماسک نانویی
محققان هنگکنگی با استفاده از نانوالیاف، موفق به ساخت ماسکی شدند که قادر به فیلترکردن ذرات آلاینده موجود در هوا است. این گروه تحقیقاتی با استفاده از نانوالیاف موفق به تولید فیلتر جدیدی شدند که این نانوالیاف مساحت سطحی فیلتر را افزایش داده و نانوذرات آئروسل[1] (ذرات گرد و غبار معلق در هوا و ذرات بسیار کوچک که میتوانند از اگزوز خودروها یا خط تولید کارخانهها خارج شوند) را به دام میاندازند.
ماسکهای معمولی تنها 25 درصد از ذرات آئروسل موجود در هوا را جذب میکننداین درحالی است که ماسک جدید قابلیت جذب 80 درصد از ذرات آئروسل موجود در هوا را بدون اینکه اختلالی در تنفس ایجاد کند، دارد.
اگر از این فناوری برای ساخت ماسکهای جراحی استفاده شود، چنین ماسکهایی میتوانند باکتریها و ویروسهای زیر یک میکرون را فیلتر کنند. از سوی دیگر این فیلتر میتواند برای تصفیه گازها نیز استفاده شود به گونهای که هوای آلوده دارای گازهای خطرناک NOx و ترکیبات فرار آلی با گذشتن از این فیلتر تصفیه میشود.]4[
- ساخت نانوکاتالیست برای موتورهای دیزلی
محققان کشورمان با بهرهگیری از فناوری نانو موفق به ساخت نانوکاتالیستی شدند که توزیع پذیری و پایداری بسیار بالایی در سوخت موتورهای دیزلی دارد. این محصول سبب کاهش همزمان تمامی آلایندهها، کاهش مصرف سوخت و افزایش توان و گشتاور موتور میشود. این نانوکاتالیست، هیبریدی از دی اکسید سریم و نانولولههای کربنی چند دیوارهی عاملدار شده با آمید است.
در روند آزمایشها این نانوکاتالیست به دو نوع سوخت، %5 بیودیزل-%95 گازوئیل(B5) و %20 بیودیزل-%80 گازوئیل(B20) در سه غلظت 30، 60 و ppm 90 افزوده شده است. نتایج تحقیق حاکی از این است که نشاندن عامل آمیدی بر روی نانولولههای کربنی، که از لحاظ ساختار شیمیایی بسیار مشابه عمده مولکولهای موجود در ساختار بیودیزل است، باعث توزیع پذیری مناسب این نانوکاتالیست در مخلوطهای سوخت میگردد.
استفاده از نانوکاتالیست سریم اکسید- نانو لوله کربنی (CeO2– MWCNTs) در دو نوع سوخت، %5 بیودیزل-%95 گازوئیل(B5) و %20 بیودیزل-%80 گازوئیل(B20) در سه غلظت 30، 60 و ppm 90 و کاهش انتشار کربن مونوکسید (CO)، هیدروکربن سوخته نشده (HC)،ترکیبات اکسید نیتروژن NOX)) و ذرات کربن ناخالص ناشی از احتراق ناقص هیدروکربن (SOOT)]5[.
——————————————-
[1] Aerosol
اسامی تعدادی از شرکتهای فعال داخلی و خارجی
| نام شرکت | محصولات | وبسایت |
| نانو فرایند | دستگاه تصفیه هوای برای کاربرد خانگی | www.nanofarayand.com |
| نانو پارسه | نانو پوشش تصفیه کننده هوا | wnanoparse.com |
| aireox | فیلتر و تصفیه کننده هوا | www.aireox.com |
| coway | تصفیه کننده هوا | www.coway.com |
| Air oasis | تولید کننده انواع تصفیه کنندههای هوا | www.airoasis.com |
—————————
منابع
[1] A. Vaseashta, M. Vaclavikova, S. Vaseashta, G. Gallios, Nanostructures in environmental pollution detection, monitoring, and remediation, ScienceDirect, 2007.
[2] www.knoxoutpaints.com
[4] www.polyu.edu.hk
[5] M. Mirzajanzadeh, M. Tabatabaei, M. Ardjmand , A. Rashidi . B. Ghobadian, M. Barkhi, M. Pazouki, A novel soluble nano-catalysts in diesel–biodiesel fuel blends to improve diesel engines performance and reduce exhaust emissions, Elsevier, 2015.
ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو
=====================================================================================================================
برای دسترسی به فایل PDF کلیه گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.
=====================================================================================================================
