نانومواد پیشرفته‌ای که قرار است تصفیه آب را متحول کنند

به نقل از نانومگزین، بسیاری از ما دسترسی به منابع آب را در آب‌وهوای معتدل بدیهی می‌دانیم و به شناسایی منابع آب شیرین و تمیز می‌پردازیم اما در همه نقاط جهان این طور نیست و انگیزه‌هایی برای دسترسی بیشتر جمعیت آنها به آب پاک وجود دارد تا آب چه با توسعه فناوری‌های جدید برای بیرون آوردن آب از زمین و چه برای ایمن کردن آب مضر موجود، برای مصرف انسان قابل شرب‌تر شود.

باریکی بسیار زیاد نانومواد مدتی است که آنها را به گزینه‌های مناسبی برای کاربردهای تصفیه آب تبدیل کرده است. پیشرفت‌های زیادی در پژوهش‌های دانشگاهی صورت گرفته است اما فیلترهای تجاری که در حال حاضر در بازار هستند یا به زودی وارد بازار خواهند شد، از غشاهای نانومقیاس برای فیلتر کردن مواد مضر موجود در منبع آب استفاده می‌کنند.

وجود منافذ کوچک در غشاهای نانو بدین معناست که ذرات معلق و گونه‌های مضر بیشتری را می‌توان از آب حذف کرد و توانایی آنها در مقایسه با غشاهای دارای منافذ بزرگ‌تر، بیشتر است. این ویژگی، نانومواد را به مواد مناسبی برای ساخت فیلترهای آب تبدیل می‌کند و به زودی پیامدهای گسترده‌ای را در تامین آب پاک به همراه خواهد داشت.

شرکت ال‌جی و نانوغشاها

شرکت ال‌جی به خاطر تولید وسایل الکترونیکی خود که در بسیاری از خانه‌ها و محل‌های کار وجود دارند، شناخته شده است اما بسیاری از زیرشاخه‌های ال‌جی مانند «ال‌جی کمیکال»(LG Chem) در زمینه‌های دیگری مانند تصفیه آب نیز کار می‌کنند.

نانوغشاهای ال‌جی که «™ NanoH2O» نامیده می‌شوند، پیش از خریده شدن توسط ال‌جی در سال ۲۰۱۴، ابتدا توسط شرکتی به همین نام ساخته شدند. بنابراین، نه تنها در حال حاضر توسط یکی از بزرگترین شرکت‌های فناوری جهان در دسترس قرار دارند، بلکه برای سال‌های زیادی نیز از نظر تجاری در دسترس بوده‌اند.

این غشاها از یک لایه نازک نانوکامپوزیت برای جدا کردن نمک از آب و تامین کردن آب آشامیدنی تمیز استفاده می‌کنند. غشاها قابلیت بالایی در دفع نمک دارند(حداقل ۹۹.۶ درصد) و حداقل انرژی را مصرف می‌کنند. بنابراین، هزینه فرآیندهای نمک‌زدایی را کاهش داده‌اند و دسترسی بیشتری را به آب تمیز حاصل از منابع آب شور فراهم کرده‌اند.

نانومواد کربنی

یکی از رایج‌ترین مواد مورد استفاده در دنیای نانوفیلتراسیون، نانومواد کربنی هستند که انواع متعددی از آنها وجود دارد.

یکی از شرکت‌هایی که از نانومواد کربنی استفاده می‌کند، «کربن بلاکتک»(Carbon Blocktech) است که کربن «نانومش‌ تی‌ام»(NanomeshTM) را به عنوان فیلتر کربن برای تصفیه آب به کار می‌برد. این یک فناوری اختصاصی است و به همین دلیل، از ساختار دقیق نانومش محافظت می‌شود.

شرکت کربن بلاکتک چندین فیلتر را در دسترس دارد که حذف بسیاری از آلاینده‌ها را با فناوری نانومش‌ تی‌ام امکان‌پذیر می‌کنند. آنها به جای تمرکز بر حذف نمک یا ذرات معلق، بیشتر بر حذف مواد مضر مصنوعی و طبیعی مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها، کیست‌های انگلی، ترکیبات دارویی آلاینده، سرب، جیوه، آرسنیک و مواد شیمیایی آلی فرار از آب تمرکز کرده‌اند.

وقتی صحبت از نانومواد کربنی به میان می‌آید، اولین گزینه‌ای که به ذهن خطور می‌کند اغلب گرافین است و سیستم‌های فیلتراسیون مبتنی بر گرافین نیز به صورت تجاری در دسترس هستند. پژوهش‌های آکادمیک زیادی پیرامون این موضوع انجام شده‌اند اما تاکنون تنها چند پیشرفت تجاری حاصل شده است.

یکی از شرکت‌های فعال در این زمینه، شرکت ایتالیایی «دیرکتا پلاس»(Directa Plus) است که از گرافین در بسیاری از زمینه‌های کاربردی استفاده می‌کند. این شرکت از فناوری خود موسوم به «® Grafysorber» استفاده می‌کند که یک لایه حاوی گرافین است و روغن را از آب جذب می‌کند.

برخلاف سایر روش‌های تصفیه آب، این فناوری برای تصفیه آب‌هایی که تحت تأثیر نشت نفت آلوده شده‌اند و همچنین در تصفیه‌خانه‌های آب برای جداسازی لجن‌ها و امولسیون‌های حاوی هیدروکربن استفاده می‌شود و هیدروکربن‌ها را بازیابی می‌کند تا به جای هدر رفتن، بتوان دوباره از آنها استفاده کرد.

محصول دیگری که در مرحله توسعه به سر می‌برد، پروژه‌ای تحت سرمایه‌گذاری نهاد پژوهشی «گرافین فلگشیپ»(Graphene Flagship) است که «گرافیل»(Graphil) نام دارد. این فیلتر از الیاف توخالی ترکیب‌شده با اکسید گرافین و پلیمر، به عنوان غشای فیلتر استفاده می‌کند.

اکسید گرافین برای جذب آلاینده‌های آبی که از آن عبور می‌کند، استفاده می‌شود و فیلتر برای حذف آلاینده‌های مضر مانند آنتی‌بیوتیک‌ها، آفت‌کش‌ها، فلزات سنگین و پلی‌فلوروآلکیل از آب آشامیدنی مورد استفاده قرار گرفته است.

مواد دوبعدی

اگرچه گرافین همیشه سرفصل‌ها را در حوزه مواد دوبعدی به خود اختصاص می‌دهد اما در واقع بیش از ۱۰۰ ماده دوبعدی دیگر هستند که کاربردهای گسترده‌ای دارند. این امر به فیلتراسیون آب نیز گسترش می‌یابد و نمونه‌های اولیه‌ای که در حال حاضر به نمایش گذاشته شده‌اند، از مواد دوبعدی استفاده می‌کنند.

یکی از شرکت‌های نوآور در این زمینه، شرکت بریتانیایی «مولیمم»(Molymem) است که از غشاهای سرامیکی حاوی الیاف توخالی «دی‌سولفید مولیبدن»(MoS۲) استفاده می‌کند. نمونه‌ای از این غشاها که در «نمایشگاه مواد پیشرفته ۲۰۲۳»(۲۰۲۳ Advanced Materials Show) به نمایش گذاشته شد، نشان داد که می‌تواند آب کثیف را فورا به آب تمیز تبدیل کند.

غشاهای سرامیکی به دلیل طول عمر بیشتر در مقایسه با غشاهای پلیمری، محبوبیت بیشتری در بازار پیدا کرده‌اند. این غشاهای مواد دوبعدی علاوه بر این که در برابر خوردگی بسیار مقاوم هستند، منافذ بسیار کوچک و شار آب بالایی دارند. این بدان معناست که بسیاری از مولکول‌ها را می‌توان فیلتر کرد و در عین حال، توان عملیاتی بالایی را نیز ارائه داد.

مفهوم جالب فیلتر شرکت مولیمم این است که آنها یک فیلتر کامل را نمی‌فروشند، بلکه در عوض، پوشش سرامیکی دی‌سولفید مولیبدن را به فروش می‌رسانند زیرا می‌توان آن را برای فناوری‌های فیلتراسیون غشایی موجود اعمال کرد.

شرکت مولیمم قرار است رویکرد جدیدی را در حوزه نانوفیلتراسیون ارائه دهد زیرا این پوشش‌ها را می‌توان نسبت به سیستم‌های موجود مقاوم‌سازی کرد. این کار نه تنها راهی را برای بهبود عملکرد غشای تصفیه آب ارائه می‌دهد، بلکه کمک می‌کند غشاهای موجود نیازی به دفع نداشته باشند و بدین ترتیب، هزینه‌ها و ضایعات را کاهش می‌دهد.

جدیدترین فناوری توسط شرکت «اینویکتا واتر»(Invicta Water) ارائه شده است که از «نیترید بور شش‌ضلعی»(h-BN) استفاده می‌کند اما آن را در شکل معمولی خود به کار نمی‌برد، بلکه برای تشکیل نانولوله‌های بور آن را به صورت رول‌شده مورد استفاده قرار می‌دهد. این نانولوله‌ها با کریستال‌های نیترید بور استفاده شده‌اند تا یک ماده نانومتری مشابه میلگرد موسوم به «نانوباربز تی‌ام»(NanobarbsTM) را ایجاد کنند.

نوآوری‌ها در زمینه تولید غشاهای تصفیه‌کننده به سرعت در حال پیشرفت هستند و شرکت‌های جدید همچنان هر سال به بازار وارد می‌شوند. اگرچه این مقاله، تنوع ارائه‌شده برای نانوفناوری را در زمینه غشاهای فیلتر آب نشان می‌دهد اما ممکن است که چشم‌انداز تجاری در چند سال آینده بسیار متفاوت باشد.

منبع: آخرین خبر