کاربردهای فناوری پلاسمای قوسی خزنده در صنایع

 

 

• مقدمه
  • پلاسما چیست؟

ماده در حالت‌های مختلف در طبیعت یافت می‌شود و هنگامی که انرژی کافی در اختیارش قرار گیرد، از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شود. اگر به یک ماده در حالت جامد انرژی داده شود، به مایع تبدیل می‌شود و اگر مایع باشد به گاز تبدیل می‌شود. حال اگر مقدار انرژی کافی در اختیار یک گاز قرار گیرد به پلاسما تبدیل می‌شود. از این رو به پلاسما شکل چهارم ماده می‌گویند. پلاسما را می‌توان مجموعه‌ای از یون‌ها و الکترون‌ها و ذرات خنثی تعریف کرد.

• منشا پلاسما

پلاسما به صورت طبیعی در محیط اطراف ما یافت می‌شود. برای نمونه بادهای خورشیدی و جو ستارگان از پلاسما تشکیل شده است. درصد زیادی از جهان را پلاسما تشکیل داده که خارج از جو کره زمین است. پلاسما را در آزمایشگاه به منظور استفاده در صنایع مختلف به صورت مصنوعی از روش‌های مختلف می‌توان ایجاد نمود. از جمله پلاسما را می‌توان به وسیله یک منبع انرژی الکتریکی و با ایجاد تخلیه الکتریکی در آزمایشگاه تولید کرد.

• اهمیت کاربردی پلاسما

به طور کلی پلاسما با داشتن اتم‌ها، مولکول‌ها، یون‌ها و الکترون‌های پرانرژی و فعال می‌تواند در بر هم کنش با مواد گوناگون، اعم از مواد زیستی، مایعات و سطوح مختلف سبب تغییر در ویژگی آن‌ها شده و از این رو می‌تواند خاستگاه کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف باشد. انواع گوناگونی از پلاسما در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند و پارامترهای مربوط به آن‌ها با توجه کاربرد در هر زمینه متفاوت می‌باشد.

• پلاسمای قوسی خزنده

تخلیه قوسی خزنده یکی از منابع تولید پلاسماست که در فشار اتمسفر و دمای محیط صورت می‌گیرد. این تخلیه، پلاسمایی بین دو حالت تعادلی و غیر تعادلی تولید می‌کند و قادر به تولید پلاسمایی با چگالی بالا، دمای الکترونی بالا و دمای گاز پایین است.

شکل 1 تصویری از پلاسمای تخلیه قوسی خزنده را نشان می‌دهد که در آن پلاسمای قوسی بین دو الکترود تشکیل می‌شود و به وسیله شارش گاز به سمت محلی که در آنجا فاصله الکترودها بیشتر است، هدایت می‌شود.

شکل 1- تصویری از پلاسمای تخلیه قوسی خزنده[1]

پلاسمای قوسی خزنده کاربردهای متنوعی در زمینه‌های مختلف صنعتی پیدا کرده است که از آن میان می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

• تولید و تبدیل مواد شیمیایی، سوخت و پتروشیمی
• محیط زیست (آلودگی آب و هوا)
• پردازش سطحی مواد و پلیمرها
• کشاورزی
• صنایع غذایی
• پزشکی

در سال‌های اخیر تحقیقات بسیاری از منظر آزمایشگاهی و تئوری بر روی پلاسمای قوسی خزنده انجام شده است و مقالات علمی و اختراع‌های بسیاری نیز از کاربردهای این فناوری منتشر شده است. تا کنون نزدیک به 500 عنوان اختراع ثبت شده از بیش از 10 کشور دنیا در ارتباط با این موضوع در پایگاه‌های معتبر ثبت اختراعات مشاهده شده است. این اختراعات، موضوعات متنوعی از ساخت دستگاه پلاسمای قوسی خزنده گرفته تا کاربردهای مختلف این فناوری را مورد اشاره قرار داده‌اند (شکل 2). تعداد اختراعات در این زمینه تنها در سال 2014 بیش از 20 مورد بوده است و روند رو به رشدی در تعداد ثبت اختراعات در این حوزه به چشم می‌خورد.

شکل 2- زمینه کاربردی تخلیه قوسی خزنده در صنایع مختلف در تحلیل 120 اختراع مرتبط

 

در این گزارش به اختصار به  شش مورد از کاربردهای مطرح فناوری پلاسمای قوسی خزنده می‌پردازیم.

• کاربردهای فناوری پلاسمای قوسی خزنده
  • تولید و تبدیل مواد شیمیایی، سوخت و پتروشیمی

با توجه به اینکه بیشترین تعداد اختراع مربوط به حوزه صنایع شیمیایی بوده است، طبیعتاً پرکاربرترین حوزه نیز برای استفاده از تکنولوژی پلاسمای قوسی الکتریکی خزنده همین حوزه می باشد. در زمینه صنایع شیمیایی اهمیت پلاسمای قوسی خزنده در تجزیه گازها (مثلا حذف هیدروکربن‌ها) و کمک به تولید سوخت‌های گازی دارای هیدروژن و مونوکسید کربن است. رآکتورهایی که در این زمینه طراحی شده‌اند، بسیار زیاد و دارای قابلیت‌های متفاوت می‌باشند. با روند رو به رشد مصرف انرژی و افزایش نگرانی در مورد مسائل و آلودگی‌های زیست محیطی، فرآیندهایی مانند تولید سوخت گاز غنی از هیدروژن (به عنوان یک منبع انرژی پاک و کارا) و همچنین تبدیل سوخت‌های هیدروکربنی سنگین‌تر از متان و متانول نیازمند فناوری‌های جدیدتر هستند و توسعه سیستم‌های تولید انرژی پاک و کارآمدتر اهمیت بیشتری یافته است. این فرآیندها امروزه با استفاده از کاتالیزورها که معمولا کُند پاسخ و گران هستند، انجام می‌شوند. فناوری پلاسمای تخلیه قوسی خزنده در این شرایط یک فناوری قابل اطمینان است.

از پلاسمای قوسی خزنده می‌توان برای اکسیداسیون جزئی هیدروکربن‌های سبک توسط اکسیژن استفاده نمود. به این ترتیب امکان تولید گازهای غنی از CO و H₂ بدون تشکیل دوده یا کک وجود خواهد داشت. گرچه ممکن است در محصول این فرآیند C₂H₄ و C₂H₂ نیز وجود داشته باشد. استفاده از پلاسمای قوسی خزنده با ساختار گردابی (شکل 3) می‌تواند سوخت‌های هیدروکربنی سنگین را با بیش  از 80٪ بازده تبدیل کند[2]. جدول 1 نمونه‌ای از میزان تأثیرگذاری پلاسمای قوسی خزنده در تبدیل گاز ورودی H2/CO  به گاز سنتزی را ارائه می‌دهد.

 

 

شکل 3- نمای جلویی از پلاسمای قوسی خزنده با ساختار گردابی در گاز هوا[2]

 

این فناوری کاربرد جانبی جذابی دارد. علاوه بر کاربرد مستقیم آن در حذف هیدروکربن‌ها، گاز نهایی حاصل که معروف به “گاز سنتزی” (مخلوط هیدروژن و مونوکسیدکربن) می‌باشد، منبع تولید انرژی در بسیاری از موتورهای احتراق و نیروگاه‌های تولید برق است. پلاسمای قوسی خزنده با انرژی اندکی (5-2 درصد از ارزش حرارتی سوخت) می‌تواند برای تجزیه طیف گسترده‌ای از سوخت‌های هیدروکربنی و هیدروکربن‌های سنگین به خصوص دیزل، JP8، بنزین و روغن‌های سنگین به گاز سنتزی بدون استفاده از کاتالیزور استفاده شود. از پلاسمای قوسی خزنده می‌توان برای تجزیه محصولات گازی آلوده کننده هوا ناشی از سوختن زغال سنگ، ضایعات شهری، و همچنین برای تجزیه سولفید هیدروژن (H₂S که یکی محصولات پالایش نفت است) و زدودن گازهای خروجی اگزوز دیزل از NOx استفاده نمود.

جدول 1- خروجی دستگاه و نسبت گازهای متفاوت تحت تأثیر پلاسمای قوسی خزنده (O₂ / HC نسبت حجمی گاز ورودی به راکتور،H₂ / CO نسبت حجم گاز خروجی از راکتور، SG / HC  مقدار نسبی گاز سنتز (H₂ + CO)  به ازای واحد حجم HC های ورودی، EC مقدار انرژی الکتریکی (در کیلووات ساعت) مصرف شده برای تولید 1 متر مکعب گاز سنتز ، CONV. C درصد تبدیل کربن موجود در گاز طبیعی اولیه به شکل آلی اشباع به CO و CO₂ و یاشکل آلی غیر اشباع)[2]

CONV. C (%)	EC	SG/HC	H2/CO	O2/HC
100	0.12	2.8	1.95	0.65

 

• محیط زیست

در حوزه محیط زیست و صنایع بازیافت بیشترین کاربرد پلاسمای قوسی خزنده در زمینه تصفیه آب و فاضلاب (صنعتی، دامی و کشاورزی) به وسیله نابودی میکروارگانیسم‌ها، آلودگی‌ها و مواد شیمیایی مضر و همچنین در تصفیه هوا از طریق تجزیه و غیرفعال کردن گازهای سمی یا نابودی میکروارگانیسم‌ها است. تصفیه و کاهش سختی آب و حذف مواد معدنی نیز با  استفاده از این فناوری قابل دستیابی است.

• کاهش سختی آب

گاز شیل[1] در حال حاضر به طور گسترده‌ای در ایالات متحده تولید می‌شود. این گاز به عنوان یک منبع دارایی کلیدی محسوب می‌شود. به منظور تولید گاز طبیعی شیل، سنگ‌های شیل به روش‌های هیدرولیکی شکسته می‌شوند. بنابراین تولید این گاز، حامیان محیط زیست را نگران کرده است. مصرف بسیار زیاد آب و مهمتر از آن، آلودگی آب که ممکن است به منابع آب محلی سرازیر شود، دلیل این نگرانی‌ها هستند. این ملاحظات زیست محیطی، توسعه روش‌های مختلف بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی را برای تصفیه آب امری ضروری ساخته است.

از فناوری پلاسمای قوسی خزنده می‌توان به منظور پیش تصفیه آب و حذف مواد معدنی و کاهش سختی آب قبل از مرحله تقطیر و افزایش بهره‌وری استفاده نمود (شکل 4). به عنوان مثال با این فناوری می‌توان میزان اولیه یون بی‌کربنات (در طیف وسیعی از حدود ppm 250 تا حدود ppm 5000) و میزان یون کلسیم (در طیف وسیعی از حدود ppm 500 تا حدود ppm 5000) را به طرز قابل توجهی تا زیر ppm 100 کاهش داد. اصولاً میزان یون‌های بی‌کربنات و کلسیم در آب‌هایی که در حفاری چشمه‌های گاز استفاده می‌شوند، زیاد است و قبل از تقطیر باید میزان آن‌ها را کاهش داد. البته مرحله تقطیر برای آب تصفیه شده با پلاسما کاملاً اختیاری است. بر اساس مطالعه صورت گرفته، میزان سختی آب پس از گذشت نیم ساعت از این فرآیند، به حد ناچیزی رسیده است (جدول 2)[3].

 

شکل 4- شماتیکی از فرآیند تصفیه آب با پلاسمای قوس خزنده[3]

 

جدول 2- تغییر میزان سختی آب بر حسب مقدار کربنات کلسیم و تغییر میزان یون‌های بی‌کربنات در طول زمان اعمال پلاسمای قوسی خزنده[3]

	زمان اعمال پلاسما (دقیقه)
	0	10	20	30
کربنات کلسیم، CaCO3 (ppm)	561	239	68	0
یون بی‌کربنات، HCO3_ (ppm)	685	292	83	0

کاهش سختی آب، مشکلات بعدی در استفاده در فرآوری مواد غذایی، مانند جرم‌گیری و خوردگی ماشین آلات و ایجاد خواص نامطلوب یا کیفیت پایین در مواد غذایی را کاهش می دهد.

 

• میکروب‌ زدایی آب

با اعمال پلاسما در آب، گونه‌هایی شیمیایی با خاصیت ضد میکروبی از قبیل نیتریت، نیترات و H₂O₂ در آب تشکیل می‌شود (شکل 5) و میزان pH آب به شدت افت می‌کند (شکل 6).  به وجود آمدن این شرایط در آب باعث از بین رفتن باکتری‌ها و آلودگی آب می‌شود (شکل 7)[4].

شکل 5- افزایش گونه‌های نیترات و نیتریت در آب تحت فرآوری با پلاسمای قوسی خزنده (بعد از زمان 15 دقیقه، نیتریت در طی اکسید شدن به نیترات تبدیل می‌شود و مقدار نیتریت کاهش می‌یابد.)[4]

 

شکل 6- کاهش شدید میزان pH آب تحت فرآوری با پلاسمای قوسی خزنده در شارهای مختلف آب [4].

 

شکل 7- کاهش شدید جمعیت باکتری اشریشیا کلای[2][5]

 

• تصفیه فاضلاب‌های صنعتی

امروزه آلودگی منابع آب و کیفیت آن‌ها مشکلی حاد محسوب می‌شود. استفاده گسترده از آلاینده‌های آلی و معدنی در صنایع کشاورزی، غذایی، نساجی و … منجر به انتشار آلاینده‌های بسیاری به منابع آب می‌شود که عوارض جانبی و متنوع بسیاری دارند. تخلیه قوسی خزنده را می‌توان به عنوان ابزاری برای حذف این آلاینده ها ارائه نمود. شکل‌های 8 و 9 نتایج استفاده از پلاسمای قوسی برای تجزیه و تغییر رنگ دو ماده شیمیایی رنگی ARS[3] و OG[4] را نشان می‌دهد [6]. این مواد سمی و سرطان‌زا هستند و به طور گسترده در صنعت نساجی استفاده می‌شوند و در فاضلاب‌های نساجی وجود دارند.

شکل 8- بررسی COD[5] ناشی از ARS و OG[6]

شکل 9- بررسی میزان بی رنگ شدن آب دارای ARS و OG[6]

 

 

• پردازش سطحی فلزات، سرامیک‌ها و پلیمرها

پلاسماهای غیرتعادلی به طور گسترده‌ای برای پردازش سطوح در صنعت استفاده می‌شوند. به منظور افزایش بهره‌وری در پردازش سطح، می‌توان از پلاسمای قوسی خزنده استفاده کرد. زیرا با نگه داشتن پلاسما در شرایط غیرتعادلی، قدرت پلاسما بسیار بالا خواهد بود. در حوزه پردازش سطوح، استفاده از پلاسمای قوسی خزنده اغلب برای پردازش سطوح آلیاژهای فلزی و سنگ‌های معدنی جهت بالا بردن کیفیت آن‌ها است؛ گرچه استفاده از این فناوری استعداد بسیار بالایی در زمینه مواد پلیمری دارد. برای تخلیه الکتریکی و پردازش سطوح مختلف در این فناوری از گازهای هوا، N₂، O₂، Ne، CO₂، H₂O، نفت و گاز (مانند متان، اتان، پروپان، بوتان، الکل‌ها، و غیره)، و یا مخلوطی از این موارد استفاده می‌شود. چنین دستگاه‌هایی دارای الکترودهای متحرک هستند که این امر موجب پوشش‌دهی یکنواخت سطح برای پردازش می‌شود.

در این فناوری تنظیم جریان گاز بسیار مهم است. اگرچه جریان گاز کم، منجر به حفظ درجه حرارت بالای تخلیه قوسی خزنده می‌شود، اما می‌تواند منجر به خوردگی الکترودها گردد. میزان انرژی سطحی به دست آمده روی سطوح نیز با تغییر این جریان متغیر است.

 

• سطوح رسانا

پلاسمای قوسی خزنده قابلیت بهبود خواص آب‌دوستی سطوح رسانا را دارد. استفاده از این فناوری موجب کاهش چشمگیر زاویه ترشوندگی آب بر روی آلومینیوم، مس و فولاد شده است. افزایش آب دوستی فلزات می تواند سبب از افزایش چسبندگی آن‌ها، زیست‌سازگاری آن‌ها در ایمپلنت‌ها و بهبود خاصیت انتقال حرارت در آن‌ها گردد که در زمینه‌های مختلف صنعتی مورد علاقه می‌باشد (شکل 10)[7].

شکل 10- تصویری از مولد پلاسمای قوسی خزنده با جت‌های متعدد برای سطوح فلزی رسانا[7]

 

• بهبود خواص سطحی پلیمرها

پلاسمای قوسی خزنده برای بهبود خواص سطحی پلیمرها استفاده می‌شود. شکل 11 نمونه ای از پلاسما که در اصلاح سطوح پلیمر استفاده می شود را نشان می‌دهد [8]. در شکل 12 میزان انرژی سطحی پلی استر پس از اعمال پلاسمای قوسی خزنده در جریان گاز مختلف آورده شده است. مقدار اولیه مولفه قطبی انرژی سطحی پلی استر معادل با mJ/m² 1/12 بوده است. بنابراین، این عملیات امکان افزایش مقدار انرژی سطحی را تا چند برابر دارد. در اثر این عملیات، میزان گونه‌های شیمیایی فعال بر روی سطح افزایش پیدا می‌کند. با این تغییر در میزان انرژی سطحی و شرایط شیمیایی سطح پلیمرهایی مانند الیاف و صفحات پلی استر، قابلیت‌های لایه نشانی، رنگ آمیزی و چاپ سطوح بر آن‌ها بهبود می‌یابد.

 

شکل 11- نمای دستگاه پردازش سطح با دستگاه قوس الکتریکی خزنده در حال کار[9]

 

شکل 12- انرژی سطح الیاف پلی استر پس از عملیات سطحی با پلاسمای قوسی خزنده برای مقدارهای متفاوتی از جریان گاز [9]

 

آب‌بندی از نکات بسیار ضروری در وسایل نقلیه است. این مسئله در محفظه موتور، درب، پنجره‌ها، محفظه باتری و … بسیار حائز اهمیت است. شرکت Hutchinson یکی از تولید کنندگان پیشرو در جهان و تولید کننده محصولات الاستومر با کیفیت، از اواخر دهه 90پروفیل‌های EPDM خود را برای صنعت خودرو با پلاسما فعال می‌کند (شکل 13)[10].

افزایش انرژی سطح یک پیش نیاز برای فرایندهای پس از آن مانند رنگ و یا آب بندی است. استفاده از اسپری  و قلم مو برای فعال کردن سطح پیش از فرآیند دارای مشکلات بسیاری مانند بالا بودن آلودگی سطح، پایین بودن سطح چسبندگی و … بود. هم اکنون این دو روش با پردازش سطح توسط فن آوری پلاسما فشار اتمسفری شامل جتهای پلاسمایی و پلاسمای قوسی خزنده جایگزین شده است و نسبت به دو روش پیشین سطح رضایت مندی بالایی را ایجاد کرده است.

 

شکل 13- پردازش سطح EPDM توسط پلاسمای قوسی خزنده[11]

 

• کشاورزی

پلاسمای قوسی خزنده کاربردهای بالقوه بسیاری در کشاورزی دارد. از جمله این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

• استریل کردن دانه در زمان ذخیره سازی
• افزایش جوانه زنی بذر
• گیراندازی نیتروژن اتمسفر در آب، به منظور افزایش رشد و نمو
• اضافه کردن گونه های اکسیژن فعال و دیگر اکسیدکننده‌ها، همراه با کاهشpH، به منظور کاهش حمله پاتوژن‌های خاک
• تمیز کردن هوا، استریل، حذف ترکیبات آلی فرار در امکانات گلخانه‌ای
• استریل و تمیز کردن آب پس از برداشت
• تصفیه، گندزدایی و کاهش سختی آب

 

• تاثیر آب فرآوری شده با پلاسما بر نرخ رشد و عملکرد تغذیه‌ای گیاه

فناوری پلاسمای قوسی خزنده به شکل‌های مختلف بر افزایش کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی تاثیر می‌گذارد. از این میان می‌توان به افزایش نرخ رشد و عملکرد تغذیه‌ای گیاه آبیاری شده با آب فرآوری شده با پلاسما و همچنین افزایش رشد و جوانه‌زنی دانه‌های فرآوری شده با پلاسما اشاره نمود.

پلاسمای قوسی خزنده باعث ایجاد گونه‌های نیتروژن فعال در آب می‌شود. در مطالعه انجام شده در امریکا از تاثیر پلاسما بر بهبود سرعت جوانه زنی و سپس تولید و بهبود سرعت رشد و محتوای تغذیه‌ای محصولات کشاورزی استفاده شده است. تاثیر این عملیات بر طول و وزن ریشه و ساقه نمونه‌های مختلف گیاهی مانند آهاری[6]، یونجه، هندوانه، تربچه، فلفل سبز، گوجه و … امیدوار کننده ارزیابی شده است. با توجه به نتایج قابل رقابت با نتایج حاصل از گیاهان تغذیه شده با کودها، به نظر می‌رسد این فناوری می‌تواند مصرف کودهای شیمیایی را به طور چشمگیری کاهش دهد. در حالی که اعمال پلاسما به آب آثار شناخته شده‌ای نظیر از بین بردن فعالیت میکروبی (عمدتا به دلیل تولید ترکیبات ناپایدار پراکسید هیدروژن، نیتریت، نیترات و …) از خود نشان می‌دهد، شناخته شدن سایر آثار آن بر سیستم‌های طبیعی مستلزم عزم عملی صنایع به استفاده از این فناوری و انجام پژوهش‌های کاربردی است [12].

• تأثیر پلاسمای قوسی خزنده بر جوانه زنی بذرها

افزایش جوانه‌زنی و رشد دانه‌ها که مستقیما با پلاسما فرآوری شده‌اند، نیز از تاثیرات این فناوری بر افزایش تولید محصولات کشاورزی است. این فرآیند دمای دانه‌ها را به کمتر از 50 درجه سانتی‌گراد می‌رساند. بر اساس نتایج به دست آمده، میزان جوانه زنی، طول و وزن ریشه گیاه گندم با اعمال پلاسما به مدت زمان بهینه بر روی دانه‌های گندم بهبود یافته است [13].

• صنایع غذایی

پلاسمای قوسی خزنده می‌تواند در برخی از زمینه‌های صنایع غذایی نیز مورد استفاده قرار گیرد. از جمله این زمینه‌ها عبارتند از:

• ضد عفونی کردن محصولات قبل از بسته بندی
• تمیز کردن هوا، استریل، حذف و ترکیبات آلی فرار در فرآیند بسته بندی در تأسیسات ذخیره سازی و حمل و نقل
• کنترل آفات و عوامل بیماری‌زا در فروشگاه‌ها و محل‌های ذخیره سازی
• حذف اتیلن از هوا به منظور افرایش زمان پیری
• استریل تخته برش، چاقو و تجهیزات پردازش مواد غذایی
• نابودی زباله‌های خطرناک یا تبدیل زباله به انرژی و ضایعات غیر خطرناک
• کاهش بار میکروبی عرقیجات

 

• میکروب‌ زدایی مواد غذایی

به این منظور روش‌های مختلفی مانند استفاده از مواد شیمیایی ضد عفونی کننده مورد استفاده قرار گرفته است. نگرانی از سلامت ماده غذایی پس از استفاده از مواد شیمیایی ضدعفونی کننده و محدودیت‌های اعمال شده در قالب استانداردهای مرسوم در دنیا، منجر به تلاش‌های زیادی برای یافتن روشی مناسب‌تر برای میکروب‌زدایی محصولات غذایی شده است. از طرفی پلاسمای قوسی خزنده امکان کاهش بار میکروبی از محیط‌های مختلف، از سطوح مواد جامد گرفته تا مایعات و گازها را دارد. بر اساس تجربیات به دست آمده، اعمال پلاسمای قوسی خزنده بر روی محصولات غذایی آلوده به باکتری‌های مختلف (شکل 14) منجر به کاهش جمعیت این باکتری‌ها شده است. درحالیکه این فرآیند دمای سطح این محصولات را به مقدار کمتر از 30 درجه سانتیگراد افزایش می‌دهد، رنگ، بو و بافت این محصولات تغییر محسوسی نمی‌کند.

 

شکل 14- استفاده از پلاسمای قوسی خزنده برای میکروب زدایی سیب زرد[14] و بادام[15]

 

• پزشکی

در حوزه صنایع پزشکی بیشتر اختراع‌های مرتبط به پلاسمای قوسی خزنده در زمینه استریل کردن هوای بیمارستان ها یا استریل کردن  تجهیزات پزشکی می‌باشد.

• استریل کردن قطعات و تجهیزات پزشکی

به عنوان مثال در یک فناوری، به روش‌های مختلف امکان فعال کردن یک مایع با استفاده از عوامل فعال میکروب زدا از طریق اعمال پلاسما وجود دارد. زیرا میزان الکترون زیادی در پلاسما وجود دارد و در نتیجه قابلیت ایجاد گونه‌ها و مولکول‌های فعال شیمیایی در این روش دور از انتظار نیست. مایع دارای عوامل فعال که به این روش به دست می آید، قابلیت بالایی در استریل کردن قطعات دیگر دارد و می توان آن را روی قطعه مورد نظر اسپری کرد. در این روش قابلیت تنظیم عوامل فعال و ایجاد رادیکال‌های مد نظر با انتخاب گاز موجود در بین الکترودهای پلاسما وجود دارد. بر اثر وجود عوامل شیمیایی مختلف مقدار pH آب تنظیم می‌شود. در مواردی دیده شده است که می توان آب فعال شده با پلاسما را با pH معادل با 2 تا 5/3 به دست آورد.

• استریل کردن دست‌ افراد تیم جراحی

همانگونه که بیان شد، امکان فعال کردن یک مایع با استفاده از عوامل فعال میکروب زدا از طریق اعمال پلاسما وجود دارد. پیشنهاد شده است که از این روش برای استریل کردن دست و بازو و همچنین نواحی که باید تحت عمل قرار بگیرند، قبل از عمل جراحی استفاده شود (شکل 15)[16]. چنین فعالیتی مزایای زیادی مانند عدم استفاده از مواد شیمیایی شوینده و به تبع آن کاهش آلاینده‌های زیست محیطی و همچنین کاهش زمان لازم برای شستشو را در پی خواهد داشت.

شکل 15- شماتیک دستگاه و روش استفاده از پلاسما برای استریل کردن دست[16]‌

 

شرکت‌های فعال در زمینه فناوری پلاسمای قوسی خزنده

شرکت‌های زیادی در دنیا در زمینه تولید منابع مختلف پلاسما فعالیت دارند. برخی از این شرکت‌ها محصولاتی برای پلاسمای قوسی خزنده ارائه کرده‌اند و برخی نیز خدمات مهندسی را در این زمینه ارائه می‌دهند. در ایران نیز علاوه بر نمایندگی‌های شرکت‌های خارجی و یا شرکت‌هایی که این فناوری را از شرکت‌های خارجی خریداری کرده‌اند و خدماتی را به صنایع ارائه می‌دهند، شرکت‌های دانش‌بنیان نیز به تولید دستگاه‌ها و ارائه خدمات لازم مشغول هستند. برخی از این شرکت‌ها عبارتند از:

#	نام شرکت	زمینه فعالیت
1	Tantec	تولید دستگاه‌های اعمال عملیات‌های سطحی
2	3DT	تولید دستگاه‌های اعمال عملیات‌های سطحی
3	Eltech Engineers	تولید دستگاه‌های اعمال عملیات‌های سطحی
4	کاوش یاران	تولید دستگاه‌های اعمال عملیات‌های سطحی

 

نتیجه گیری

امروزه توسعه سریع کاربردهای پلاسمای قوسی خزنده توسط کشورهای پیشرو در حوزه‌های مختلف علم و صنعت به وضوح دیده می‌شود. پلاسمای قوسی خزنده به عنوان یکی از منابع تولید پلاسمای غیر حرارتی و حرارتی کاربردهای بسیار متنوعی دارد. عمده کاربردهای سهل‌الوصول این فناوری، تجزیه و شکستن ترکیبات شیمیایی (تجزیه هیدروکربن‌ها و تولید گاز سنتزی)، فرآوری سطوح و اصلاح ویژگی‌های سطحی مواد (تمیزکاری و فعال کردن سطوح به منظور افزایش قابلیت چاپ و رنگ پذیری، استریل کردن و …) است.

هم اکنون صنایع خودروسازی و بسته‌بندی این فناوری را در تولید محصولات خود برای افزایش میزان چسبندگی، رنگ و چاپ‌پذیری به خدمت گرفته‌اند.

دیگر صنایع و بخش‌ها نیز به تازگی استقبال چشمگیری از این فناوری داشته‌اند. از این میان می‌توان به حوزه کشاورزی و صنایع غذایی (میکروب زدایی سطوح مواد غذایی نظیر سیب و بادام، افزایش قدرت جوانی بذرها و تغییر ترکیب شیمیایی آب آبیاری محصولات کشاورزی به منظور افزایش بهره‌وری آن‌ها و …)، پزشکی (استریلیزاسیون) و محیط زیست اشاره نمود.

امروزه در کشور ایران شرکت‌های دانش بنیان مشغول به تولید دستگاه‌های ایجاد پلاسمای قوسی خزنده و اعمال عملیات‌های سطحی و ارائه خدمات فنی و مشاوره در این زمینه نموده‌اند. گرچه به دلیل شناخته نبودن قابلیت‌های قطعی این فناوری در جامعه صنعتی و عدم شناخته شدن توانمندی‌های شرکت‌های ایرانی، این فناوری بازار مناسبی را به خود اختصاص نداده است. اخیرا با تلاش‌های صورت گرفته توسط شرکت‌های خصوصی داخلی و همچنین دولت، زیرساخت‌های این فناوری در ایران در حال توسعه است و به تبع آن بازار استفاده از این فناوری نیز در حال آماده‌سازی و توسعه می‌باشد.

 

منابع

1          http://www.pages.drexel.edu/~rpg32/Research.htm.

2          Gallagher, M.J., et al., On-board plasma-assisted conversion of heavy hydrocarbons into synthesis gas. Fuel, 2010. 89(6): p. 1187-1192.

3          Cho, Y.I., et al., Pre-treating water with non-thermal plasma. 2013, Google Patents.

4          Marouf-Khelifa, K., et al., Reduction of nitrite by sulfamic acid and sodium azide from aqueous solutions treated by gliding arc discharge. Separation and purification technology, 2006. 50(3): p. 373-379.

5          Du, C.M., et al., The application of a non-thermal plasma generated by gas–liquid gliding arc discharge in sterilization. New Journal of Physics, 2012. 14(1): p. 013010.

6          Merouani, D., et al., Plasma treatment by gliding arc discharge of dyes/dye mixtures in the presence of inorganic salts. Arabian Journal of Chemistry, 2011.

7          Shiki, H., et al., Development of split gliding arc for surface treatment of conductive material. Thin Solid Films, 2008. 516(11): p. 3684-3689.

8          Kusano, Y., et al., Gliding arc discharge—Application for adhesion improvement of fibre reinforced polyester composites. Surface and Coatings Technology, 2008. 202(22): p. 5579-5582.

9          Kusano, Y., Apparatus and a method and a system for treating a surface with at least one gliding arc source. 2010, Google Patents.

10        http://www.plasmatreat.com/company/partners_references/industrial-partners/hutchinson.html.

11        https://www.youtube.com/watch?v=terHitiX1oA.

12        Park, D.P., et al., Reactive nitrogen species produced in water by non-equilibrium plasma increase plant growth rate and nutritional yield. Current Applied Physics, 2013. 13: p. S19-S29.

13        Šerá, B., et al. How various plasma sources may affect seed germination and growth. in Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM), 2012 13th International Conference on. 2012. IEEE.

14        Niemira, B.A. and J. Sites, Cold plasma inactivates Salmonella Stanley and Escherichia coli O157: H7 inoculated on golden delicious apples. Journal of Food Protection®, 2008. 71(7): p. 1357-1365.

15        Deng, S., et al., Inactivation of Escherichia coli on almonds using nonthermal plasma. Journal of food science, 2007. 72(2): p. M62-M66.

16        Pelfrey, K.A., et al., Sanitization station using plasma activated fluid. 2014, Google Patents.

 

[1] Shale

[2] Escherichia coli

[3] Alizarin red S

[4] azo dye Orange G

[5] Chemical oxygen demand

[6] Zinnia

———————————————————————

تهیه و تنظیم:

• نسرین نواب صفا
• امیر دارستانی فراهانی 
• مبنا پژوهان فناوری‌های نوین آتیه

بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]

[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================