راهکاری نوین برای حفظ محیط زیست از سموم صنعتی

حفاظت از آب, خاک و هوا در مقابل عوامل آلوده کننده یکی از مهمترین موارد مورد توجه در کشورهای جهان در قرن بیست و یکم است انواع مواد شیمیایی, کودها و ضد آفات گیاهی و نباتی, ذرات مایع و یا جامد زیان آور متصاعد از صنایع و معادن, گازهای مخرب حاصل از سوخت وسایط نقلیه از جمله منابع مختلف آلودگی هاست امروزه ردیابی و خنثی سازی این آلوده کننده ها و جلوگیری از به وجود آمدن موارد جدید آلودگی, مبحث جدیدی است که به طور جدی پیگیری می شود

حفاظت از آب، خاک و هوا در مقابل عوامل آلوده کننده یکی از مهمترین موارد مورد توجه در کشورهای جهان در قرن بیست و یکم است. انواع مواد شیمیایی، کودها و ضد آفات گیاهی و نباتی، ذرات مایع و یا جامد زیان آور متصاعد از صنایع و معادن، گازهای مخرب حاصل از سوخت وسایط نقلیه از جمله منابع مختلف آلودگی هاست. امروزه ردیابی و خنثی سازی این آلوده کننده ها و جلوگیری از به وجود آمدن موارد جدید آلودگی، مبحث جدیدی است که به طور جدی پیگیری می شود. مشکلات و محدودیت های مالی از جمله موارد بازدارنده حفاظت از محیط زیست و بهبود کیفیت آب، خاک و هوا به حساب می آید. در مقابل این مشکلات و موانع بزرگ گوناگون، کاربرد ذراتی کوچک می تواند راهکار بسیار موثری باشد.

علم جدیدی بنام نانو تکنولوژی با دستکاری و تغییرات در اندازه ابعاد اتمها و ملکولهای عناصر، از۱۱ الی۱۰۰ میلیاردم متر، انقلاب نوینی را در شیمی، فیزیک، بیولوژی و مهندسی بوجود آورده است. این تغییرات نه تنها در اندازه و ابعاد عناصر، بلکه در بوجود آوردن ویژگی های جدید و پراهمیتی در آنها تاثیر داشته است. نانو تکنولوژی با ایجاد مواد جدید، امید جدیدی برای مهندسین محیط زیست در بهبود آلودگی محیط زیست محسوب می شود. ولی نباید از نظر دور داشت که این تکنولوژی نیز می تواند مواد جدید زیان آور ناشناخته ای را در محیط زیست وارد کند که پیش از این وجود نداشته است. محققان توانسته اند با آزمایش های گوناگون، ساختار ترکیبی متفاوت بعضی از ذرات را شناسایی کنند.

برخی از این مواد دارای قدرت خودسازی و یا تکثیر مجدد هستند و این ویژگی یکی از مهمترین خواص مواد نانو به شمار می رود. در سال۱۹۹۱، کشف ویژگی های بسیار منحصر بفرد مکانیکی، الکترونیکی وشیمیایی

لوله های کربنی نانو که توسط »سومیو ایجیما« صورت گرفت، توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرد. لوله های کربنی نانو شامل شبکه های مارپیچ شش وجهی اتمهای کربن است که به صورت کریستالهای بسیارمنظم قرار گرفته اند. قطر لوله های تک جداره، SWNTs ، در حدود۱/۴ نانومتر، چند جداره MWNTs ،شامل۲-۳۰ نانومتر و لوله متخلل در حدود۵۰-۳۰ نانومتر است. این لوله ها از فولاد سخت تر وعلی رغم سختی بسیار، انعطاف پذیر و بسیار سبک هستند. لوله های نانو می توانند از مواد دیگری به غیر از کربن (مانند برون و نیتروژن) ساخته شوند و لوله هایی که از این مواد ساخته می شوند، عایقهای بسیار خوبی هستند. تاکنون بسیاری از کشورهای پیشرفته جهان موفق به ساخت این لوله ها شده اند ولی قیمت بالای آنها، کاربردشان را محدود کرده است.

مصرف و دورریزی مواد نانو کمترین زیان را به محیط زیست وارد می سازد و به همین دلیل استفاده از آنها یکی از روشهای موثر در جلوگیری از آلودگی است. برای مثال استفاده از سیستم های روشنایی که از مواد نانو ساخته شده اند می تواند باعث۱۰ درصد صرفه جویی در مصرف برق به ارزش۱۰۰ میلیارد دلار در سال و کاهش گازهای زیان آور ترکیبات کربن به میزان۲۰۰ میلیون تن در سال در آمریکا شود. استفاده از کاتالیزورهای نانو که در ساخت مواد شیمیایی به کار می روند موجب بهبود و تسریع در واکنشها شده و کمترین مواد زاید را تولید می کند. با به کارگیری از علم نانو تکنولوژی میتوان برای انواع مواد سمی یک جایگزین بی خطر تولید کرد. برای مثال مانیتورهای جدید می توانند جایگزین سیستم های نمایشگر CRT که دارای مواد سمی بسیاری هستند شوند. استفاده از لوله های کربن نانو در نمایشگرهای کامپیوتر می تواند از انتشار ترکیبات فلزات سنگین سمی در محیط زیست جلوگیری کرده و کیفیت بسیار ممتاز تصویری را برای نمایشگر به ارمغان آورد. ساخت سیستم های جدید نمایشگرهای FEDs با استفاده از لوله های کربنی نانو، آخرین تکنولوژی ساخت نمایشگرهاست که تا سال آینده توسط بسیاری از شرکتهای سازنده به بازار عرضه خواهد شد. هر چند میزان سمی بودن لوله های کربنی نانو تاکنون مشخص نشده ولی میزان مصرف آن در ساخت نمایشگرهای FEDs در مقایسه با مدلهای امروزی، نیم گرم به یک کیلوگرم سرب است.

یکی دیگر از کاربردهای نانو تکنولوژی، ترمیم آلودگی های مختلف است. برای مثال از مواد اکسیدانت، احیا کننده و یانیوترنت در اندازه نانو به دلیل کوچک بودن و سطح تماس بیشتر و در نتیجه واکنش بیشتر آنها برای جلوگیری از انتقال و یا تحریک رشد میکروبها استفاده می کنند. این مواد نسبت به نوع اندازه بزرگتر خود دارای خواص متفاوتی هستند و می توانند واکنشهای شیمیایی کنترل شده مورد نیاز را انجام دهند. برای مثال، روش عمومی اصلاح حلالهای کلرینیتد اورگانیکی مانند تری کلراتیلن منجر به تولید مواد مضر جانبی مانند دی کلراتیلن و یا ونیل کلراید می شود. در مقابل، استفاده از ذرات بی متال نانو منجر به حذف تمامی مواد زاید جانبی آن می شود. مواد نانویی که با نورهای نیمه هادی مانند دی اکسید تیتانیم TiO۲ ، واکسید روی ZnO فعال می شوند در بسیاری از موارد برای برداشتن مواد سمی مورد استفاده قرار گرفته اند. این مواد در حال حاضر با قیمت مناسب به صورت تجاری تولید می شوند و دارای کمترین میزان مسمومیت هستند. تحقیقات نشان داده است ترکیب ذرات بی متال با چند فلز در اندازه نانو مانند آهن- پالادیوم، آهن- نقره، روی- پالادیوم می تواند به عنوان مواد بسیار خوب برای حذف آلودگی هایی مانند PBCs ، ضد آفات آور گانوکلرین و حلالهای اورگانیکی هالوژنیت شده مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از این ترکیبات منجر به کاهش میزان قابل توجهی از هیدروکربورهای کلرینیتد و تبدیل آنها به هیدروکربورهای بی خطر می شود.لوله های نانو به عنوان یکی از جذب کنندگان بسیار قوی برای دیواکسین ها معرفی شده اند. قدرت جذب لوله های کربنی نانو سه برابر قدرت جذب کربن فعال شده است. لوله های کربنی نانو می توانند برای کنترل آلودگی های آب و هوا به صورت بسیار موثر مورد استفاده قرار گیرند. اما قیمت بالای این لوله ها می تواند یکی از عوامل عدم استفاده این مواد در آینده باشد.

ردیابی مواد زاید در اکوسیستم، با استفاده از روش های نوین ردیابی امکان دستیابی به یک محیط سالم را آسان و کم هزینه می سازد. کنترل مواد زاید و جمع آوری اطلاعات در مورد آنها و ردیابی مداوم مقدارآلودگی یکی از روش های موثر در این زمینه است. به تازگی با استفاده از لوله های تک لایه نانوسنسورهایی ساخته شده است که در مقایسه با حسگرهای جامد متداول توانسته اند عکس العمل سریعی در مقابل گازها (در دمای اتاق) از خود نشان دهند.

امروزه با استفاده از نانو سیمهای سیلیکونی بورون (SiNWs) امکان ساخت سنسورهای بسیار حساس الکتریکی برای ردیابی انواع گونه های بیولوژیک و شیمیایی بوجود آمده است. این مواد برای کاربردهای بسیار متفاوتی ساخته شده اند. برای مثال نانو سیمهای آمونیاک و اکساید برای ردیابی تغییرات در PH ، مورد استفاده قرار گرفته اند. از این روش ها می توان برای ردیابی حلالهای پاتولوژی، شیمیایی و بیولوژیک در آب، هوا و غذا استفاده کرد. نانو بارکدها به عنوان حس گرهای بسیار قوی برای ردیابی منابع، میزان قدرت، ریشه، مکانیزم و در دسترس بودن مواد بیولوژیک آلوده کننده مورد استفاده قرار گرفته و امکان تشخیص و حذف آنها را بوجود آورده اند.

بدیهی است هر پدیده جدید می تواند مانند شمشیری دولبه عمل کند. هم اکنون تحقیقاتی در مورد مشکلات زیست محیطی و آثار این مواد شروع شده است. ویژگی هایی مانند اندازه کوچک، سطح تماس بسیار، ساختار کریستالی و در نتیجه واکنشهای سریع می توانند موجب حمل مواد سمی به محیط زیست شده و سبب ایجاد واکنش ضایعات بیولوژیکی و شیمیایی با سایر عناصر در محیط زیست شود. در اینجا مسئله مهمی که مطرح می شود این است که مواد در آزمایشگاهها دارای قدرت خودتکثیری هستند. اما آیا در محیط زیست نیز قادر به این کار خواهند بود؟ آیا بازیافت مجدد این مواد برای کاربردهای مجدد امکان پذیر است؟

تاکنون تعداد اندکی از دانشمندان و ‌آزمایشگاههای تحقیقاتی در مورد آثار منفی این مواد به محیط زیست تحقیق و بررسی کرده اند و می توان گفت علیرغم کاربردهای بسیار موثر این مواد، تاثیر آنها بر محیط زیست، هنوز نامشخص است.

نویسنده: مهندس سعید صالحی