فناوری نانو و فیلتراسیون

درحال مشاهده: فناوری نانو و فیلتراسیون

ادعونی اهدای خون

فناوری نانو و فیلتراسیون

۱۳۸۹/۱۰/۲۴

7:0

امیرحسین ستوده بیدختی

نانوفیلتراسیون- آشنایی با مفاهیم

قبل از بررسی نقش فناوری‌نانو در فیلترها، اجازه دهید ابتدا با بعضی مفاهیم در این زمینه آشنا شویم.

1. فیلتر چیست؟

فیلترها موادی متخلخلی هستند که در فرآیند جداسازی یا تغلیظ مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم‌ترین ویژگی فیلترها، داشتن خلل و فُرج‌هایی با اندازه‌ و ابعاد مشخص است، به همین دلیل، فیلتر را یک محیط متخلخل می‌نامند. سوراخ‎ها درصد بسیار زیادی از حجم فیلتر را دربرمی‌گیرند و شبکه پیچیده‌ای از حفره‌ها را می‌سازند. فیلترها می‌توانند از جنس پلیمـر و یا سرامیک باشند.

2. تعریف فیلترکردن یا فیلتراسیون

فیلترکردن یا فیلتراسیون، فرآیندی است که در آن یک مایع و یا گاز (سیال) به دلیل اختلاف فشار یا اختلاف پتانسیل الکتریکی و یا اختلاف غلظت از فیلتر عبور می‌کند. با انجام عمل فیلتراسیون ذراتی که از اندازه حفره‌های فیلتر کوچک‌تر هستند از آن عبور کرده و ذرات با اندازه بزرگ‌تر، از سیال جدا شده و در پشت فیلتر می‌مانند.

3. عوامل مؤثر در فیلتراسیون

دو عامل که در انتخاب نوع فیلتر و کارکرد آن مؤثر می‌باشد عبارت است از:

3-1- اندازه حفره‎های فیلتر

همان‌طور که گفته شد موادی با اندازه بزرگ‌تر از حفره‎های فیلتر، در پشت آن باقی می‌مانند و عبور نمی‌کنند، در نتیجه، برای جداسازی ذرات با اندازه مشخص باید از فیلترهای مناسب استفاده کرد.

3-2- مقدار ذراتی که در پشت فیلتر باقی می‌مانند

ذراتی که در پشت فیلتر باقی می‌مانند به مرور زمان و با استفاده مداوم از فیلتر بیش‌تر می‌شوند. این مسئله می‌تواند باعث مسدود شدن روزنه‌های فیلتر شود. به این دلیل، باید بعد از مدت زمان مشخصی، فیلتر را تعویض، و یا آن را پاک‌سازی نمود. این مسئله که به گرفتگی فیلتر معروف می‌باشد از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا تعویض و یا حتی تمیزکردن فیلتر هزینه‌بر است.

4. انواع فیلتراسیون

4-1- میکروفیلتراسیون

میکروفیلتراسیون فرآیندی است که برای جداسازی ذرات، جامدات معلق کوچک و موادی دیگر مثل باکتری‌ها، کیست‌ها، مولکول‌هـا و ذراتی بزرگتر از 2/0 میکرون استفاده می‌شود.

4-2- آلترافیلتراسیون

در آلترافیلتراسیون مولکول‌هایی بزرگ‌تر از 005/0 میکرون جدا می‌شوند. ابعاد حفره‌های فیلتر بین 2 تا 50 نانومتر است. این فرآیند برای جداسازی و تغلیظ مواد کلوئیدی و سوسپانسیونی به کار می‌رود.

4-3- اسمز معکوس

اسمز معکوس فرآیندی است که آب در اثر اختلاف فشار از یک غشای نازک عبور می‌کند تا محتویات و مواد معدنی شامل نمک، ویروس‌ها، سموم و سایر ترکیبات آلوده غیر آلی را جدا کند و اتم‎ها و مولکول‌هایی در مقیاس کوچکتر از 001/0 میکرون را در محدوده یونی جدا می‌کند. اسمز معکوس تکنیکی است که در دیالیز طبی هم از آن استفاده می‌شود. دیالیز مورد استفاده‌ افرادی است که مشکل کلیوی دارند. کلیه‌ها باعث تصفیه خون شده، مواد زائد مثل اوره و آب را از خون جدا، و به شکل ادرار از بدن خارج می‌کنند. یک دستگاه دیالیز به تقلید از عملکرد کلیه‌ها، کار می‌کند. خون از بدن عبور کرده، وارد دستگاه دیالیز شده و از فیلتر اسمزی عبور می‌کند تا مواد زائد از آن جدا شود و خون تصفیه شده دوباره به بدن برگردد.

4-4- نانوفیلتراسیون

ابعاد حفره‌های نانوفیلتر بین 5/0 تا 2 نانومتر است. روش نانوفیلتراسیون طی چند سال گذشته رونق گرفته است. در نانوفیلتراسیون جداسازی بر اساس اندازه مولکول صورت می‌گیرد. اساساً این روش، جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده‌کننده‌هایی در اندازه میکرونی و یون‌های چند ظرفیتی می‌باشد. از دیگر کاربردهای نانوفیلتراسیون می‌توان به حذف مواد شیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده‌اند، حذف فلزات سنگین مانند جیوه، تصفیه‌ی آب‌های مصرفی، رنگ‌زدایی و حذف آلوده‌کننده‌ها اشاره کرد. نانوفیلتراسیون می‌تواند تقریباً از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتری‌های موجود در آب را حذف کند.

5. کاربرد فیلترها

5-1- صنعت آب و فاضلاب

آب یکی از ضروری‌ترین عناصر حیات بر روی زمین است و اگر چه بیش از 70 درصد از سطح کره زمین با آب پوشیده شده است اما، کمتر از 3 درصد آن آب شیرین می‌باشد. از این مقدار 79 درصد به قله‌های یخی تعلق دارد، 20 درصد آن آب‎های زیرزمینی است که به راحتی قابل دسترس نمی‌باشند و فقط 1 درصد آن شامل دریاچه‌ها و رودخانه‌ها و چاه‌ها می‌باشد که به‎راحتی به دست می‌آید. فرآیند پاک‌سازی و تصفیه آب بسیار طولانی و زمان‌بر است. یکی از مراحل تصفیه آب جداکردن آلاینده‌ها از آب می‌باشد که در این مرحله از فیلتراسیون استفاده می‌شود.

5-2- صنایع غذایی

صنعت لبنیات، آب‌میوه و صنایع دیگری که در حوزه‌ صنایع غذایی قرار می‌گیرند، یکی دیگر از مصرف‌کنندگان اصلی فرآیند فیلتراسیون محسوب می‌شوند. به طور مثال، سیستم‌های آلترافیلتراسیون در تولید پنیر استفاده می‌شوند، هم‌چنین از سیستم‌های فیلتراسیون در پاستوریزاسیون و هموژنیزاسیون نیز استفاده می‌شود.

امروزه بوسیله آلترافیلتراسیون توانسته‌اند اجزای شیر را تغلیظ نموده و به طور جزء به جزء جداسازی نمایند. این امر موجب شده است تا بتوان محصولات جدیدی مطابق با نیاز های مصرف کننده به بازار عرضه نمود.

5-3- صنایع داروسازی

تولید دارو با سیستم‌های مختلفی انجام می‌شود. داروی تولید شده، نیاز به خالص‌کردن دارد و اهمیت خالص‌سازی دارو کمتر از تولید دارو نیست. به طوری که تولید دارو 30 درصد از هزینه‌های دارو را دربرمی‌گیرد، در حالی که 70 درصد هزینه‌ها، صرف خالص‌سازی دارو می‌شود. مهم‌ترین مرحله ‌خالص‌سازی، فرآیند فیلتراسیون می‌باشد. در خالص‌سازی ِ داروها از فرآیندهایی مانند دیالیز، میکروفیلتراسیون و نانوفیلتراسیون استفاده می‌شود.

5-4- تصفیه هوا و خالص‌سازی گازها

یکی از کاربردهای اصلی فرآیند فیلتراسیون تصفیه هوا و یا تولید گازهای خالص، مانند اکسیژن خالص و نیثروژن خالص می‌باشد که این گازها کاربردهای صنعتی زیادی دارند. در فرآیندهایی که برای تولید اکسیژن و نیتروژن خالص به کار برده می‌شود، از فیلتر استفاده می‌شود.

یک مثال آشنا از کاربرد فیلترها برای تصفیه هوا، ماسک‌های صورت می‎باشند. ماسک‎های معمولی که بیش‌تر در روزهای آلوده از آنها استفاده می‌کنیم، نوعی فیلتر دارند که به ذرات معلق هوا اجازه عبور نمی‌دهند و به این ترتیب مانع رسیدن آلودگی‎ها به مجاری تنفسی ما می‎شوند .

6. نتیجه‌گیری

با توجه به مطالب گفته شده، اهمیت فیلترها و فرآیند فیلتراسیون مشخص می‌شود. در این زمینه استفاده از فناوری ‌نانو و ساخت نانوفیلترها برای جداسازی ذرات بسیار ریز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

مطالب تصادفی: