mohandesehsan
عضو جدید
فن آوری نانو و کاربرد آن در ساخت تجهیزات زیست محیطی
فن آوری نانو و کاربرد آن در ساخت تجهیزات زیست محیطیدر قرنی که ما در آن به سر می بریم جنگ اتمی و آلودگی محیط زیست بزرگترین تهدید برای بشریت محسوب نمی شود.نانو تکنولوژی (Nano technology) یا به عبارتی فن آوری مادون ریز در دو دهه اخیر پیشرفت های فراوانی را در تکنولوژی تجهیزات و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آورده است، و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشری را تا پایان این قرن دگرگون خواهد کرد، پیش خواهد برد. در بیانی کوتاه نانو تکنولوژی یک فرآیند تولید مولکولی و هم چنین دانشی عام و فراگیر است، در بسیاری از فن آوری ها از جمله علوم مهندسی محیط زیست و ساخت تجهیزات پیشگیرانه و محافظ محیط زیست د رمقابل انواع آلودگی های زیست محیطی (آب، خاک، هوا و صوت) بسیار کاربرد دارد. از مهمترین کاربردهای زیست محیطی نانوتکنولوژی می توان به ساخت انواع نانو حس گرها، نانو *****ها، کاتالیست های زیست محیطی، نانو پلیمرها، نانو ذرات، نانو زیست فن آوری (بیوتکنولوژی)، بهینه سازی انرژی های نو، و هم چنین کاربرد آن در تصفیه آلاینده های زیست محیطی و ... اشاره نمود. استفاده از این تکنولوژی (فن آوری سبز) باعث صرفه جوئی فوق العاده ای در مصرف هزینه، انرژی، حفاظت از کلیه منابع محیط زیست و پیشگیری از آلودگی های زیست محیطی می گردد و نهایتاً راه را برای رسیدن به توسعه پایدار (Sustainable Development) هموارتر خواهد نمود.
● مقدمه
در قرنی که ما در آن به سر می بریم جنگ اتمی و آلودگی محیط زیست بزرگترین تهدید برای بشریت محسوب نمی شود. ظهور ماشین های بی نهایت کوچک به اندازه یک سر سوزن یا در اندازه مولکولی بیشتر از آنها بشریت را تهدید می کند، زیرا این ماشین ها قادرند با تغییر اتم های یک ماده به یک ماده دیگر یک نوع بازسازی تازه انجام دهند که اگر کوچکترین حالت آن از کنترل خارج شود تمام گیاهان و جانوران و انسان ها طی دو روز به عنوان ماده خام ماشین ها مصرف شده و از بین می روند. دانشمندان این مسئله را گری گو (Gray goo) یا احساس تلخ و اندوه می نامند و طرفداران حفظ محیط زیست را وادار می کنند به طور جدی در مقابل آن بایستند و در برنامه های خود در مورد توجه کامل قرار می دهند. طبق مواد مختلف قانون چهارم توسعه در بخش محیط زیست و تأکید بر کنترل و پیشگیری از آلودگی های زیست محیطی و حفظ منابع آب، خاک، هوا ما را به فکر وا می دارد که اجرای این اقدامات پیشگیرانه در سایه فناوری نانو، تسریع این اقدامات را میسر می سازد، به ویژه این که در فصل چهارم قانون توسعه بر توسعه مبنی بر دانائی و استفاده معقول (Wise Use) تأکید خاص گردیده است. فناوری نانو بنابر تعریف، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در سطوح آن ظاهر می شود. با توجه به این تعریف، فناوری نانو مختص یک رشته نیست بلکه تمام رشته ها از جمله غذا، دارو، پزشکی، الکترونیک، کامپیوتر، انرژی، و محیط زیست می تواند متأثر از این فناوری گردد. امروزه با کاربرد وسیع این فناوری درمنابع آب، کشاورزی، انرژی، دوام پذیری مواد و محیط زیست و درمان مسائل زیست محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده ها و توسعه فناوری های سبز و حذف آلاینده های کوچک و بزرگ از منابع آب، خاک، هوا، سرمایه گذاری های کشورهای مختلف در این زمینه افزایش یافته است. امروزه باور عمومی بشر به این مسئله است که با غفلت از نابودی محیط زیست و دورریزی غیرمسئولانه مواد زائد و انتشار آلاینده ها نمی تواند به پیشرفت های خود ادامه دهد. از این رو در جستجوی یک تکنولوژی سازگار با محیط زیست، نانوتکنولوژی در بین تکنولوژی های پا به عرصه گذاشته در جهان در یک وضعیت ناباورانه و با یک رویکرد جدید در علوم جلوه می نماید که علاوه بر سازگاری آن با محیط زیست، ابزار مؤثری در رفع و کاهش آلاینده های به جا مانده در محیط بر اثر فعالیت سایر تکنولوژی ها محسوب می شود. امروزه در دنیا از نانوتکنولوژی به عنوان یک تکنولوژی کلیدی و تأثیرگذار بر علم، تکنولوژی و صنعت یاد می شود.
● نانوتکنولوژی
نانو از لغت یونانی (نانوس) به معنای (کوتوله) گرفته شده است و در اصل عملی است که درباره اجسام بسیار کوچک مطالعه می کند. یک نانومتر یک میلیونیم میلیمتر و ده مرتبه کوچکتر از اتم هیدروژن است. تامسی کنی محقق دانشگاه استنفورد آن را چنین توصیف می کند: اندازه ای که ناخن شما در یک ثانیه رشد می کند. هر چند که تعریف دقیقی از این علم وجود ندارد. مؤسسه علوم طبیعی در آمریکا نیز آن را چنین تعریف می کند: تحقیق و توسعه علم در بارهٔ موادی به اندازه تقریباً ۱ تا ۱۰۰ نانومتر در موارد خاص اندازه ها ممکن است کوچکتر از یک نانومتر یا بزرگتر از صد نانومتر باشد. به نظر می رسد که تمام این برنامه ها تا واقعیت فاصله زیادی داشته باشد. اریک کدر کسلر که به عنوان یکی از بنیان گذاران نانوتکنولوژی شناخته می شود، این واژه را در سال ۱۹۸۶ در کتابش با عنوان ماشین آفرینش (Engines of creation) قرار داده است. کسلر در گذشته یکی از محققان انیستیو تکنولوژی ماساچوست (MIT) بود او آینده ای را ترسیم می کند که در آن ماشین های بسیار کوچک قادرند سلول های بیمار را به طور مجزا در جریان خون مداوا کنند، مغزهای مصنوعی را توسعه دهند، آلودگی محیط زیست را از بین ببرند و هر چیزی را از ساختمان ها گرفته تا فضاپیماها، به طور کامل اتم به اتم و با دقتی بی نظیر مورد آزمایش قرار دهند. از آنجائی که می توانند خودشان را باسازی کنند، می تواند با رونق و توسعه از مسائل بزرگی نظیر فقر و گرسنگی هم نجات دهند. در واقع آنها یک انقلاب صنعتی جدید به حساب می آیند. کسلر اولین فردی نبود که رویای این دنیای کوچک را در سر داشت. تقریباً سه دهه قبل در ۲۹ دسامبر ۱۹۵۹ ریچارد فایمن فیزیکدان مشهور سخنرانی معروفی را در انجمن فیزیک آمریکا ارائه داد در آن سخنرانی با عنوان: در آن جا فضای زیادی وجود دارد، ادعا کرد که تمام کلماتی که در جهان تا آن تاریخ به رشته تحریر در آمده می توان بر روی حجمی به اندازه یک دهم میلیمتر جای داد که تقریباً به اندازه کوچکترین ذره گرد و غباری است که انسان می تواند ببیند چنین متنی به صورت دیجیتالی ذخیره می شود.
● فن آوری نانو و محیط زیست:
امروزه پیشرفت تکنولوژی و دستیابی انسان به روش های نوین برای استفاده از منابع طبیعی دستاوردهائی را به همراه دارد که علاوه بر تأثیرات فراوان در زندگی بشر، تأثیراتی منفی را نیز برای طبیعت به ارمغان می آورد. به تازگی انسان متمدن به این تفکر رسیده است که شاید بتوان با استفاده از تکنولوژی مدرن و پیشرفته به کمک منابع طبیعی و محیط زیست شتابد که از جمله می توان به فناوری نانو و کاربرد آن در حفظ محیط زیست اشاره کرد. تأثیرات مستقیم و غیر مستقیم فن آوری نانو بر محیط زیست، از جنبه های مختلف قابل بررسی است. در حال حاضر، می توان موارد متعددی از کاربرد مواد نانو ساختاری در حفظ محیط زیست، از قبیل نانو*****ها (برای تصفیه پساب های صنعتی)، نانوپودرها (برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از خودروها و واحدهای صنعتی) و نانو تیوب ها (برای ذخیره سازی سوخت کاملاً تمیز هیدروژن) را برشمرد، اما دورنمای استفاده از این فناوری نوین بسیار گسترده تر از این گونه کاربرهای جزئی و مقطعی است. برخی از مهمترین کاربردهای علمی شناخته شده فناوری نانو در زمینه محیط زیست نانوحس گرها، نانو *****ها و کاتالیزورهای زیست محیطی هستند که به ترتیب به آنها اشاره می شود:
▪ نانوحس گرهای زیست محیطی:
نانوحس گر وسیله ای است بسیار ریز که قادر به شناسائی و ارائه پاسخ به محرک های فیزیکی در مقیاس یک نانومتر است. نانوحس گرها کاربردهای متعددی در علوم مختلف از جمله محیط زیست یافته اند که در ادامه به چند مورد اشاره خواهد شد.
▪ آلودگی هوا:
یکی از نیازهایمهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمر آلودگی هواست. با استفاده از نانوحس گرها پیشرفت مؤثری در زمینه کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. با اختراع اولین نمونه های غبار هوشمند، تولید این گونه حس گرها به مرحله کاربرد علمی نزدیک تز شد. هدف اصلی از ساخت غبارهای هوشمند، تولید مجموعه ای از حس گرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیار سبک است. این نانوحس گرها به راحتی ساعت ها در هوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند از طریق بی سیم موجود در خود، اطلاعات جمع آوری شده را به یک پایگاه مرکزی ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات از نمونه های اولیه حدود یک کیلو بایت در ثانیه است.
▪ انتشار گازهای سمی:
انتشار و پخش گازهای مهلک و سمی یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متأسفانه هشدار دهنده های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسائی این گونه گازهای نشتی می شوند. این نوع حس گرها از نانوتیوب های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده اند و می توانند مولکول های گازهای سمی را جذب کنند. آنها هم چنین قادر به شناسائی تعداد معدودی از مولکول های گازهای مهلک در محیط هستند. محققان مدعی اند که این حس گرها برای شناسائی به هنگام گازهای بیوشیمیائی جنگی، آلاینده های هوا و حتی مولکول های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
▪ نانو*****ها، نانوسیسورها و مواد هوشمند:
یکی دیگر از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از نانو*****ها در تصفیه آب و پساب است. غشای مورد استفاده در فرآیند نانو *****اسیون معمولاً مولکول های بزرگ را دفع می کند و در مقایسه با روش های دیگر قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاه ها یا آب های سطحی را نیز به خوبی تصفیه کنند. این فرآیند قادر است انواع باکتری ها، ویروس ها، آفت کش ها، آلاینده هائی با منشا آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند. نظر به این که در فرآیند نانو *****اسیون از هیچ ماده شیمیائی برای سختی گیری (Water Hardness) آب استفاده نمی شود،
بنابراین اثرات منفی زیست محیطی آن به مراتب کمتر از روش های شیمیائی معمول است. علاوه بر این، ذرات نانو ساختار انعطاف پذیری زیادی در تصفیه آلاینده ها دارند. به عنوان مثال از ذرات نانو ساختار برای تصفیه فوری خاک، رسوبات، ضایعات جامد، تصفیه آب و پسماندهای مایع استفاده می شود. تحقیقات نشان می دهد که ذرات دو فلزی نانو ساختار مانند آهن، پالادیم، آهن، نقره و روی، پالادیم کاربردهای زیادی در تصفیه و پالایش آلوده کننده های محیط زیست، مانند آفت کش های کلرینه با منشا آلی و حلال های آلی هالوژنه یافته اند. تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانو ساختار دو فلزی موجب می شود تا کلیه هیدروکربن های حاوی ترکیبات کلردار که بسیار سمی اند به هیدروکربن های بی خطر برای محیط زیست تبدیل شوند. به علاوه، شواهد بسیار مبین این واقعیت است که ذرات نانو ساختار با پایه آهنی، قادر به تجزیه آلودگی های بسیار پایدار هم چون ترکیبات پرکلرات ها، نیترات ها، فلزات سنگین (نیکل و جیوه) و مواد رادیواکتیو مانند دی اکسیداورانیوم هستند. علاوه بر این می توان از نانو ساختارها برای رنگ زدائی از آب آشامیدنی استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشامیدنی نه تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگ ها می توانند منشا تولید تری هالومتان نیز باشند، بسیار خطرناک محسوب می شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنه مضر و سرطان زا می شوند. رنگ موجود در آب طبیعی معمولاً ناشی از وجود اسیدهای معدنی است. اسیدهای مذکور از تجزیه مواد آلی موجود در آب حاصل می شوند. اغلب روش های متداول برای تصفیه آب قادر به جداسازیمواد فوق نیستند،
لیکن با استفاده از غشاهای نانو می توان تا ۹۹ درصد این گونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد. هم چنین تحقیقات نشان می دهد استفادهاز فناوری نانو در تصفیه آب می تواند هزینه های تصفیه را تا حدود زیادی کاهش دهد. الکل هائی مانند اتانول به عنوان حلال یا ماده پاک کننده به وفور در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد در حین مصرف مقادیر زیادی از ناخالصی های مختلف را به خود جذب می کنند. با توجه به این که دور ریختن آنها پس از مصرف، اثرات زیان باری بر محیط زیست دارد، باید برای استفاده مجدد (Use ـ Re) تصفیه شوند. روش های متداول از قبیل تقطیر، ضمن آلوده کردهن محیط زیست انرژی زیادی را تلف می کنند.
استفاده از نانو*****ها گام مؤثری در حفاظت محیط زیست و صرفه جوئی انرژی در این زمینه است. *****ها بر اساس اندازه منافذشان دسته بندی می شوند و بر این اساس به میکرو*****ها، آلترا*****ها و نانو*****ها دسته بندی می شوند. نانو *****اسیون در اصل *****اسیون با فشار پائین تر از اسمز معکوس است، بنابراین فیمت تمام شده نانو*****ها علاوه بر بازیابی ویروس ها و باکتری ها نیز می باشند، بنابراین می توانند در رفع آلودگی های آب های ذخیره نوشیدنی انسان ها و آب های کشاورزی استفاده شوند. نانو*****ها می توانند به *****اسیون سریع خون کمک فراوانی کنند. در حال حاضر مسمومیت خونی یکی از مشکلات جدی در جهان است و خطر عفونت در واحدهائی که نیاز به مراقبت شدیدتری دارند بیشتر است، چون مریض ها آسیب پذیرترند. اگر مسمومیت خونی اتفاق بیافتد باید خون هرچه سریع تر از عامل مسمومیت پاک شود. برای تشخیص عامل عفونت پلاسما و Endo toxin باید از هم جدا شوند تا عامل عفونت شناسائی شود. با استفاده از نانو*****ها می توان در یک مرحله پلاسما و Endo toxin را جدا کرده و عامل مسمومیت را شناسائی کرد و علاوه بر این خون را تمیز کرد.
علاوه بر این نانو*****ها می توانند در جداسازی های بیولوژیکی باکتری، ویروس، اسیدنو کلوئیک تصفیه DNA، جذب پروتئین ها و اسیدنو کلوئیک ها، سوبسترا برای کشت Batch، آلترا*****اسیون محصولات آشامیدنی و غذائی و استریلیزه کردن سرم های پزشکی و سیالات بیولوژیکی استفاده شوند. نانوتکنولوژی با ساخت سنسورها در ابعاد کوچک ما را قادر خواهند ساخت که بتوانیم بسیاری از پارامترها را بادقت بیشتری ارزیابی کنیم.
با استفاده از مولکول های بیولوژیکی قادر خواهیم بود که نانوسنسور بسازیم. نانوسنسورها کاربردهای بسیاری در سه حوزه مهم نانوبیوتکنولوژی (پزشکی، کشاورزی و صنایع غذائی) دارند که شامل: آشکارسازی عوامل و کمیت های شیمیائی و بیولوژیکی، توالی سنجی DNA در تشخیص بیماری ها و تولید داروها، در آزمایش هایمؤثر و سریع بر روی داروهای جدید، سیستم هیا کنترلی قابل حمل و نقل برای حفظ سلامت محصولات کشاورزی و غذائی در انبارها و حمل و نقل و انتقال، سیستم های مجتمع نانوسنسوری برای اندازه گیری، گزارش دهی و کنترل هوشمند گیاهان یا دام ها، بیوسنسورهای دقیق تر برای شناسائی پروتوین ها، آشکارسازی سریع عوامل بیماری زا و ... می باشند.
فن آوری نانو و کاربرد آن در ساخت تجهیزات زیست محیطیدر قرنی که ما در آن به سر می بریم جنگ اتمی و آلودگی محیط زیست بزرگترین تهدید برای بشریت محسوب نمی شود.نانو تکنولوژی (Nano technology) یا به عبارتی فن آوری مادون ریز در دو دهه اخیر پیشرفت های فراوانی را در تکنولوژی تجهیزات و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آورده است، و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشری را تا پایان این قرن دگرگون خواهد کرد، پیش خواهد برد. در بیانی کوتاه نانو تکنولوژی یک فرآیند تولید مولکولی و هم چنین دانشی عام و فراگیر است، در بسیاری از فن آوری ها از جمله علوم مهندسی محیط زیست و ساخت تجهیزات پیشگیرانه و محافظ محیط زیست د رمقابل انواع آلودگی های زیست محیطی (آب، خاک، هوا و صوت) بسیار کاربرد دارد. از مهمترین کاربردهای زیست محیطی نانوتکنولوژی می توان به ساخت انواع نانو حس گرها، نانو *****ها، کاتالیست های زیست محیطی، نانو پلیمرها، نانو ذرات، نانو زیست فن آوری (بیوتکنولوژی)، بهینه سازی انرژی های نو، و هم چنین کاربرد آن در تصفیه آلاینده های زیست محیطی و ... اشاره نمود. استفاده از این تکنولوژی (فن آوری سبز) باعث صرفه جوئی فوق العاده ای در مصرف هزینه، انرژی، حفاظت از کلیه منابع محیط زیست و پیشگیری از آلودگی های زیست محیطی می گردد و نهایتاً راه را برای رسیدن به توسعه پایدار (Sustainable Development) هموارتر خواهد نمود.
● مقدمه
در قرنی که ما در آن به سر می بریم جنگ اتمی و آلودگی محیط زیست بزرگترین تهدید برای بشریت محسوب نمی شود. ظهور ماشین های بی نهایت کوچک به اندازه یک سر سوزن یا در اندازه مولکولی بیشتر از آنها بشریت را تهدید می کند، زیرا این ماشین ها قادرند با تغییر اتم های یک ماده به یک ماده دیگر یک نوع بازسازی تازه انجام دهند که اگر کوچکترین حالت آن از کنترل خارج شود تمام گیاهان و جانوران و انسان ها طی دو روز به عنوان ماده خام ماشین ها مصرف شده و از بین می روند. دانشمندان این مسئله را گری گو (Gray goo) یا احساس تلخ و اندوه می نامند و طرفداران حفظ محیط زیست را وادار می کنند به طور جدی در مقابل آن بایستند و در برنامه های خود در مورد توجه کامل قرار می دهند. طبق مواد مختلف قانون چهارم توسعه در بخش محیط زیست و تأکید بر کنترل و پیشگیری از آلودگی های زیست محیطی و حفظ منابع آب، خاک، هوا ما را به فکر وا می دارد که اجرای این اقدامات پیشگیرانه در سایه فناوری نانو، تسریع این اقدامات را میسر می سازد، به ویژه این که در فصل چهارم قانون توسعه بر توسعه مبنی بر دانائی و استفاده معقول (Wise Use) تأکید خاص گردیده است. فناوری نانو بنابر تعریف، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در سطوح آن ظاهر می شود. با توجه به این تعریف، فناوری نانو مختص یک رشته نیست بلکه تمام رشته ها از جمله غذا، دارو، پزشکی، الکترونیک، کامپیوتر، انرژی، و محیط زیست می تواند متأثر از این فناوری گردد. امروزه با کاربرد وسیع این فناوری درمنابع آب، کشاورزی، انرژی، دوام پذیری مواد و محیط زیست و درمان مسائل زیست محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده ها و توسعه فناوری های سبز و حذف آلاینده های کوچک و بزرگ از منابع آب، خاک، هوا، سرمایه گذاری های کشورهای مختلف در این زمینه افزایش یافته است. امروزه باور عمومی بشر به این مسئله است که با غفلت از نابودی محیط زیست و دورریزی غیرمسئولانه مواد زائد و انتشار آلاینده ها نمی تواند به پیشرفت های خود ادامه دهد. از این رو در جستجوی یک تکنولوژی سازگار با محیط زیست، نانوتکنولوژی در بین تکنولوژی های پا به عرصه گذاشته در جهان در یک وضعیت ناباورانه و با یک رویکرد جدید در علوم جلوه می نماید که علاوه بر سازگاری آن با محیط زیست، ابزار مؤثری در رفع و کاهش آلاینده های به جا مانده در محیط بر اثر فعالیت سایر تکنولوژی ها محسوب می شود. امروزه در دنیا از نانوتکنولوژی به عنوان یک تکنولوژی کلیدی و تأثیرگذار بر علم، تکنولوژی و صنعت یاد می شود.
● نانوتکنولوژی
نانو از لغت یونانی (نانوس) به معنای (کوتوله) گرفته شده است و در اصل عملی است که درباره اجسام بسیار کوچک مطالعه می کند. یک نانومتر یک میلیونیم میلیمتر و ده مرتبه کوچکتر از اتم هیدروژن است. تامسی کنی محقق دانشگاه استنفورد آن را چنین توصیف می کند: اندازه ای که ناخن شما در یک ثانیه رشد می کند. هر چند که تعریف دقیقی از این علم وجود ندارد. مؤسسه علوم طبیعی در آمریکا نیز آن را چنین تعریف می کند: تحقیق و توسعه علم در بارهٔ موادی به اندازه تقریباً ۱ تا ۱۰۰ نانومتر در موارد خاص اندازه ها ممکن است کوچکتر از یک نانومتر یا بزرگتر از صد نانومتر باشد. به نظر می رسد که تمام این برنامه ها تا واقعیت فاصله زیادی داشته باشد. اریک کدر کسلر که به عنوان یکی از بنیان گذاران نانوتکنولوژی شناخته می شود، این واژه را در سال ۱۹۸۶ در کتابش با عنوان ماشین آفرینش (Engines of creation) قرار داده است. کسلر در گذشته یکی از محققان انیستیو تکنولوژی ماساچوست (MIT) بود او آینده ای را ترسیم می کند که در آن ماشین های بسیار کوچک قادرند سلول های بیمار را به طور مجزا در جریان خون مداوا کنند، مغزهای مصنوعی را توسعه دهند، آلودگی محیط زیست را از بین ببرند و هر چیزی را از ساختمان ها گرفته تا فضاپیماها، به طور کامل اتم به اتم و با دقتی بی نظیر مورد آزمایش قرار دهند. از آنجائی که می توانند خودشان را باسازی کنند، می تواند با رونق و توسعه از مسائل بزرگی نظیر فقر و گرسنگی هم نجات دهند. در واقع آنها یک انقلاب صنعتی جدید به حساب می آیند. کسلر اولین فردی نبود که رویای این دنیای کوچک را در سر داشت. تقریباً سه دهه قبل در ۲۹ دسامبر ۱۹۵۹ ریچارد فایمن فیزیکدان مشهور سخنرانی معروفی را در انجمن فیزیک آمریکا ارائه داد در آن سخنرانی با عنوان: در آن جا فضای زیادی وجود دارد، ادعا کرد که تمام کلماتی که در جهان تا آن تاریخ به رشته تحریر در آمده می توان بر روی حجمی به اندازه یک دهم میلیمتر جای داد که تقریباً به اندازه کوچکترین ذره گرد و غباری است که انسان می تواند ببیند چنین متنی به صورت دیجیتالی ذخیره می شود.
● فن آوری نانو و محیط زیست:
امروزه پیشرفت تکنولوژی و دستیابی انسان به روش های نوین برای استفاده از منابع طبیعی دستاوردهائی را به همراه دارد که علاوه بر تأثیرات فراوان در زندگی بشر، تأثیراتی منفی را نیز برای طبیعت به ارمغان می آورد. به تازگی انسان متمدن به این تفکر رسیده است که شاید بتوان با استفاده از تکنولوژی مدرن و پیشرفته به کمک منابع طبیعی و محیط زیست شتابد که از جمله می توان به فناوری نانو و کاربرد آن در حفظ محیط زیست اشاره کرد. تأثیرات مستقیم و غیر مستقیم فن آوری نانو بر محیط زیست، از جنبه های مختلف قابل بررسی است. در حال حاضر، می توان موارد متعددی از کاربرد مواد نانو ساختاری در حفظ محیط زیست، از قبیل نانو*****ها (برای تصفیه پساب های صنعتی)، نانوپودرها (برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از خودروها و واحدهای صنعتی) و نانو تیوب ها (برای ذخیره سازی سوخت کاملاً تمیز هیدروژن) را برشمرد، اما دورنمای استفاده از این فناوری نوین بسیار گسترده تر از این گونه کاربرهای جزئی و مقطعی است. برخی از مهمترین کاربردهای علمی شناخته شده فناوری نانو در زمینه محیط زیست نانوحس گرها، نانو *****ها و کاتالیزورهای زیست محیطی هستند که به ترتیب به آنها اشاره می شود:
▪ نانوحس گرهای زیست محیطی:
نانوحس گر وسیله ای است بسیار ریز که قادر به شناسائی و ارائه پاسخ به محرک های فیزیکی در مقیاس یک نانومتر است. نانوحس گرها کاربردهای متعددی در علوم مختلف از جمله محیط زیست یافته اند که در ادامه به چند مورد اشاره خواهد شد.
▪ آلودگی هوا:
یکی از نیازهایمهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمر آلودگی هواست. با استفاده از نانوحس گرها پیشرفت مؤثری در زمینه کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. با اختراع اولین نمونه های غبار هوشمند، تولید این گونه حس گرها به مرحله کاربرد علمی نزدیک تز شد. هدف اصلی از ساخت غبارهای هوشمند، تولید مجموعه ای از حس گرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیار سبک است. این نانوحس گرها به راحتی ساعت ها در هوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند از طریق بی سیم موجود در خود، اطلاعات جمع آوری شده را به یک پایگاه مرکزی ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات از نمونه های اولیه حدود یک کیلو بایت در ثانیه است.
▪ انتشار گازهای سمی:
انتشار و پخش گازهای مهلک و سمی یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متأسفانه هشدار دهنده های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسائی این گونه گازهای نشتی می شوند. این نوع حس گرها از نانوتیوب های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده اند و می توانند مولکول های گازهای سمی را جذب کنند. آنها هم چنین قادر به شناسائی تعداد معدودی از مولکول های گازهای مهلک در محیط هستند. محققان مدعی اند که این حس گرها برای شناسائی به هنگام گازهای بیوشیمیائی جنگی، آلاینده های هوا و حتی مولکول های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
▪ نانو*****ها، نانوسیسورها و مواد هوشمند:
یکی دیگر از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از نانو*****ها در تصفیه آب و پساب است. غشای مورد استفاده در فرآیند نانو *****اسیون معمولاً مولکول های بزرگ را دفع می کند و در مقایسه با روش های دیگر قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاه ها یا آب های سطحی را نیز به خوبی تصفیه کنند. این فرآیند قادر است انواع باکتری ها، ویروس ها، آفت کش ها، آلاینده هائی با منشا آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند. نظر به این که در فرآیند نانو *****اسیون از هیچ ماده شیمیائی برای سختی گیری (Water Hardness) آب استفاده نمی شود،
بنابراین اثرات منفی زیست محیطی آن به مراتب کمتر از روش های شیمیائی معمول است. علاوه بر این، ذرات نانو ساختار انعطاف پذیری زیادی در تصفیه آلاینده ها دارند. به عنوان مثال از ذرات نانو ساختار برای تصفیه فوری خاک، رسوبات، ضایعات جامد، تصفیه آب و پسماندهای مایع استفاده می شود. تحقیقات نشان می دهد که ذرات دو فلزی نانو ساختار مانند آهن، پالادیم، آهن، نقره و روی، پالادیم کاربردهای زیادی در تصفیه و پالایش آلوده کننده های محیط زیست، مانند آفت کش های کلرینه با منشا آلی و حلال های آلی هالوژنه یافته اند. تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانو ساختار دو فلزی موجب می شود تا کلیه هیدروکربن های حاوی ترکیبات کلردار که بسیار سمی اند به هیدروکربن های بی خطر برای محیط زیست تبدیل شوند. به علاوه، شواهد بسیار مبین این واقعیت است که ذرات نانو ساختار با پایه آهنی، قادر به تجزیه آلودگی های بسیار پایدار هم چون ترکیبات پرکلرات ها، نیترات ها، فلزات سنگین (نیکل و جیوه) و مواد رادیواکتیو مانند دی اکسیداورانیوم هستند. علاوه بر این می توان از نانو ساختارها برای رنگ زدائی از آب آشامیدنی استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشامیدنی نه تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگ ها می توانند منشا تولید تری هالومتان نیز باشند، بسیار خطرناک محسوب می شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنه مضر و سرطان زا می شوند. رنگ موجود در آب طبیعی معمولاً ناشی از وجود اسیدهای معدنی است. اسیدهای مذکور از تجزیه مواد آلی موجود در آب حاصل می شوند. اغلب روش های متداول برای تصفیه آب قادر به جداسازیمواد فوق نیستند،
لیکن با استفاده از غشاهای نانو می توان تا ۹۹ درصد این گونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد. هم چنین تحقیقات نشان می دهد استفادهاز فناوری نانو در تصفیه آب می تواند هزینه های تصفیه را تا حدود زیادی کاهش دهد. الکل هائی مانند اتانول به عنوان حلال یا ماده پاک کننده به وفور در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد در حین مصرف مقادیر زیادی از ناخالصی های مختلف را به خود جذب می کنند. با توجه به این که دور ریختن آنها پس از مصرف، اثرات زیان باری بر محیط زیست دارد، باید برای استفاده مجدد (Use ـ Re) تصفیه شوند. روش های متداول از قبیل تقطیر، ضمن آلوده کردهن محیط زیست انرژی زیادی را تلف می کنند.
استفاده از نانو*****ها گام مؤثری در حفاظت محیط زیست و صرفه جوئی انرژی در این زمینه است. *****ها بر اساس اندازه منافذشان دسته بندی می شوند و بر این اساس به میکرو*****ها، آلترا*****ها و نانو*****ها دسته بندی می شوند. نانو *****اسیون در اصل *****اسیون با فشار پائین تر از اسمز معکوس است، بنابراین فیمت تمام شده نانو*****ها علاوه بر بازیابی ویروس ها و باکتری ها نیز می باشند، بنابراین می توانند در رفع آلودگی های آب های ذخیره نوشیدنی انسان ها و آب های کشاورزی استفاده شوند. نانو*****ها می توانند به *****اسیون سریع خون کمک فراوانی کنند. در حال حاضر مسمومیت خونی یکی از مشکلات جدی در جهان است و خطر عفونت در واحدهائی که نیاز به مراقبت شدیدتری دارند بیشتر است، چون مریض ها آسیب پذیرترند. اگر مسمومیت خونی اتفاق بیافتد باید خون هرچه سریع تر از عامل مسمومیت پاک شود. برای تشخیص عامل عفونت پلاسما و Endo toxin باید از هم جدا شوند تا عامل عفونت شناسائی شود. با استفاده از نانو*****ها می توان در یک مرحله پلاسما و Endo toxin را جدا کرده و عامل مسمومیت را شناسائی کرد و علاوه بر این خون را تمیز کرد.
علاوه بر این نانو*****ها می توانند در جداسازی های بیولوژیکی باکتری، ویروس، اسیدنو کلوئیک تصفیه DNA، جذب پروتئین ها و اسیدنو کلوئیک ها، سوبسترا برای کشت Batch، آلترا*****اسیون محصولات آشامیدنی و غذائی و استریلیزه کردن سرم های پزشکی و سیالات بیولوژیکی استفاده شوند. نانوتکنولوژی با ساخت سنسورها در ابعاد کوچک ما را قادر خواهند ساخت که بتوانیم بسیاری از پارامترها را بادقت بیشتری ارزیابی کنیم.
با استفاده از مولکول های بیولوژیکی قادر خواهیم بود که نانوسنسور بسازیم. نانوسنسورها کاربردهای بسیاری در سه حوزه مهم نانوبیوتکنولوژی (پزشکی، کشاورزی و صنایع غذائی) دارند که شامل: آشکارسازی عوامل و کمیت های شیمیائی و بیولوژیکی، توالی سنجی DNA در تشخیص بیماری ها و تولید داروها، در آزمایش هایمؤثر و سریع بر روی داروهای جدید، سیستم هیا کنترلی قابل حمل و نقل برای حفظ سلامت محصولات کشاورزی و غذائی در انبارها و حمل و نقل و انتقال، سیستم های مجتمع نانوسنسوری برای اندازه گیری، گزارش دهی و کنترل هوشمند گیاهان یا دام ها، بیوسنسورهای دقیق تر برای شناسائی پروتوین ها، آشکارسازی سریع عوامل بیماری زا و ... می باشند.
آخرین ویرایش توسط مدیر: