مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات نانوذرات توأم با فلزات در آب آشامیدنی

• ماهیت و انواع مرسوم

  • نانوذرات فلزی خالص (نقره Ag⁰, طلا Au⁰, مس Cu⁰)

  • نانوذرات اکسید فلزات (اکسید آهن Fe₃O₄, اکسید روی ZnO, تیتانیوم دی‌اکسید TiO₂)

  • هسته–پوسته‌ (مثلاً آهن هسته و طلا پوسته) یا نانوکامپوزیت‌ها (بر پایه سیلیکا پوشش‌دار با Ag)

• خواص متمایز و تهدیدات

  • سطح ویژهٔ بسیار بالا → فعالیت شیمیایی و زیستی قوی

  • توان تولید گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) → آسیب اکسیداتیو به سلول‌ها

  • قابلیت عبور از غشای سلولی و تجمع در بافت‌ها (کلیه، کبد، ریه)

  • سمیت نقره و مس نانو (Ag⁺, Cu²⁺) به باکتری‌ها و سلول‌های انسان

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف نانوذرات فلزی

1. انعقاد/لخته‌سازی شیمیایی

   • افزودن فزاینده‌های معدنی (آهن یا آلومینیوم) → لخته‌سازی نانوذرات و حذف با ته‌نشینی

2. فیلترهای غشایی

   • میکروفیلتراسیون (MF): حذف ذرات > 0.1 µm

   • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات تا ~ 0.01 µm

   • نانوذرات تشدیدکننده: غشاهای بایوفیلتری با لایهٔ تیتانیوم دی‌اکسید برای جذب ROS

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال و بیوچار: جذب بستگی به بار سطحی و گروه‌های عاملی دارد

   • رزین‌های ایمینو‌‐پلی‌فسفنی برای جذب یون‌های آزاد رهاشده

4. الکتروفوکوس و الکتروکواگولاسیون

   • میدان الکتریکی → مهاجرت و رسوب یون‌ها و نانوذرات

   • تولید یون Fe²⁺/Al³⁺ از الکترود → انعقاد و حذف

5. پراکندگی مغناطیسی

   • نانوذرات آهن مغناطیسی (Fe₃O₄) جذب دیگر نانوذرات و جداسازی با آهنربا

6. بیورمدیشن

   • باکتری‌ها یا جلبک‌ها که روکش‌های آلی روی نانوذرات ایجاد می‌کنند و توده‌سازی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. ICP–MS / ICP–OES

   • تعیین غلظت کل فلزات (Ag, Au, Fe, Zn, Ti) پس از هضم اسیدی

2. SpICP–MS (Single‑Particle ICP–MS)

   • اندازه‌گیری توأمان اندازه و غلظت ذرات منفرد در محلول

3. DLS (Dynamic Light Scattering)

   • تعیین توزیع اندازه ذرات در نانو تا چند صد نانومتر

4. TEM/SEM + EDX

   • مشاهده مستقیم شکل و اندازه ذرات، آنالیز ترکیب شیمیایی با پراش پرتو

5. UV–Vis Spectroscopy

   • برای نانوذرات طلا/نقره: پیک پلاسمون سطحی (∼400–450 nm برای Ag, ∼520 nm برای Au)

6. فلورسانس یا سنجش ROS

   • بارگذاری حسگرهای فلورسانت (DCFH‑DA) برای سنجش تولید گونه‌های اکسیژن فعال

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• کدورت و رنگ

  • تجمع نانوذرات در سطوح بالا (> mg/L) می‌تواند باعث تیره یا مات شدن آب شود.

  • در نانوذرات فلز طلا یا نقره، آب ممکن است به رنگ زرد تا قرمز ملایم تغییر یابد (پلاسمون).

• رسوب‌گذاری ساده

  • ایستاده‌سازی نمونه برای چند ساعت؛ مشاهدهٔ لایهٔ ته‌نشین‌شده یا پلیکول (cloud)

• تست مغناطیسی

  • برای نانوذرات مغناطیسی: قرار دادن آهنربا در کنار نمونه و جذب بخشی از ذرات

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. کیت‌های میدانی مبتنی بر اسپری معرف

   • افزودن معرف که با سطح نانوذره واکنش و تغییر رنگ می‌دهد (مثلاً سیترات برای Ag)

2. نوارهای تست الکترودرئیک

   • الکترودهای پوشش‌دار با لیگاند خاص فلز → اندازه‌گیری جریان تبخیر (اونستریکینگ)

3. میکروفلوئیدیک + سنسور نوری

   • کانال‌های کوچک با ناحیه‌ی پراکندگی نور (تعیین اندازه) و آشکارساز CMOS

4. حسگرهای بیومولکولی

   • پروتئین‌ها یا DNA آپتامر که با سطح فلز نانوذره تعامل می‌کنند و سیگنال فلورسانس یا کیومترک تولید می‌کنند

5. Passive Samplers

   • رزین‌های مغناطیسی یا فاز معکوس برای جذب طولانی‌مدت نانوذرات و انتقال به آزمایشگاه

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود نانوذرات فلزی

• اثر بر اکوسیستم آبی

  • سمیت حاد برای Daphnia magna و ماهیان کوچک (LC₅₀ نانو-نقره ~ 10–50 µg/L)

  • اختلال در تنفس آبزیان (ROS-mediated gill damage)

• تجمع در رسوبات

  • نانوذرات با بار سطحی ناهمنام به لخته‌های معلق و رسوبات می‌چسبند؛ کنسانتره در لایه‌های خاک کف رودخانه

• بیواندیكاتورها

  • افزایش نشانگرهای اکسیداتیو (SOD, CAT) و بیان ژن‌های پاسخ به استرس در ماهی‌ها

  • کاهش تنوع باکتری‌های فتوسنتزی و بی‌مهرگان سطحی

• شاخص‌های شیمیایی

  • افزایش ناگهانی غلظت فلزات کل در آب زیرزمینی یا سطحی پس از بارندگی‌های شدید یا تخریب لوله‌ها

جمع‌بندی مهندسی:
نانوذرات فلزی به‌دلیل اندازه کوچک و فعالیت بالا، نیازمند پایش ترکیبی با روش‌های “spICP–MS + DLS + TEM” و استفاده از سامانه‌های چندمرحله‌ای «انعقاد شیمیایی + UF/RO + Adsorption + الکتروکواگولاسیون + بیورمدیشن» برای حذف مؤثر هستند. برای غربالگری میدانی می‌توان از تست کدورت/رنگ، آهنربا و کیت‌های اسپری معرف بهره برد و نمونه‌های مشکوک را برای آنالیز دقیق به آزمایشگاه ارسال نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب