فصل دوم: کاربردهای نانو تکنولوژی ها- محیط زیست

فصل دوم: کاربردهای نانو تکنولوژی ها- محیط زیست

در جوامع صنعتی شده هوا به وسیله آلایندهای مختلفی پر شده است که به وسیله فعالیت انسان یا فرایندهای صنعتی مانند مونو کسید کربن (CO)، کلروفلوئوروکربن ها (CFC)، فلزات سنگین (آرسنیک، کروم، سرب، کادمیوم، جیوه، روی)، هیدروکربن ها، اکسیدهای نیتروژن، مواد شیمیایی آلی (ترکیبات آلی فرار با نام VOCها و دی اکسین ها)، دی اکسید سولفور و ذرات ریزایجاد شده است. حضور اکسید نیتروژن و سولفور در هوا باران اسیدی را ایجاد می کند که در خاک نفوذ می کند و منجر به آلودگی آن می شود. سطوح بالایی از اکسید نیتروژن و سولفور در اتمسفر عمدتا ناشی از فعالیت های انسان به ویژه سوزاندن نفت، زغال سنگ و گاز می باشد. تنها بخش کوچکی ناشی از فرایندهای طبیعی مانند فعالیت آتشفشان و تجزیه باکتری های خاک می باشد. آلودگی آب به وسیله تعداد زیادی فاکتور ایجاد می شود که شامل فاضلاب، ریختن نفت، نفوذ کردن کودهای شیمیایی، علف کش ها و آفت کش ها از زمین، محصولات جانبی مربوط به تولید و استخراج یا سوزاندن سوخت های فسیلی می باشد.

آلاینده ها اغلب به صورت بخش در میلیون (ppm) یا بخش در بیلیون (ppb) اندازگیری می شوند و سمیت آن ها به صورت سطح سمیت تعریف می گردد. برای مثال سطح سمیت آرسنیک به صورت 140 ppm در خاک می باشد در حالی که برای جیوه این مقدار 002/0 ppm در آب می باشد. بنابراین غلظت های کم از مواد آلاینده خاص می تواند سمی باشد. علاوه بر این آلاینده ها به مقدار زیادی به صورت ترکیبی و مخلوط یافت می شوند. در نتیجه یک نیاز برای تکنولوژی هایی وجود دارد که قادر باشد به صورت ایده آل مقادیر آلاینده ها را در هوا، آب و خاک منعکس کرده، تشخیص دهد و برطرف سازد. در این زمینه نانو تکنولوژی فرصت های فراوانی را برای جلوگیری کردن، کاهش دادن و برطرف کردن آلودگی محیط زیست را ارائه کرده است. نانو تکنولوژی ها می تواند توسعه یابند و به صورت تکنولوژی های اولیه ای گسترش یابند.

چه کاری نانو تکنولوژی ها می توانند انجام دهند؟ نانو تکنولوژی ها دارای توانایی کنترل کردن مواد در مقیاس نانو برای ایجاد کردن موادی با خصوصیات خاص می باشد که می تواند عملکردهای خاصی را ارائه دهد. این به طور خاص در مورد موضوعات محیط زیست می تواند مهم باشد که در آن ها آلودگی اغلب به خاطر حضور یک آلاینده خاص در مخلوطی از مواد هم به شکل جامد و هم گاز و مایع ایجاد می گردد. اندازه کوچک از نانو موادها همراه با نسبت سطح به حجم بالای آن ها می تواند منجر به ردیابی بسیار حساس گردد. این مشخصه ها اجازه گسترش و توسعه دادن دقت و حساسیت بالا را در ابزارهای ارائه دهنده آلودگی را فراهم می سازد (نانو سنسورها). نانو مواد می توانند به منظور اثرات فعال و متقابل با مواد آلاینده و ترکیبات مربوط به گونه های با سمیت کمتر مهندسی و طراحی گردند، بنابراین در آینده نانو تکنولوژی می تواند نه تنها برای مشخص کردن و ردیابی کردن مکان های آلوده به کار رود بلکه می تواند برای برطرف کردن آن ها نیز مورد استفاده قرار بگیرد. سرانجام این تکنولوژی می تواند برای کاهش دادن تولید مواد زائد مضر در فرایندهای صنعتی به وسیله کاهش مقدار موارد مورد استفاده و به کار بردن ترکیبات با سمیت کمتر به کار برده شود.

حوزه کاربردی دیگر در مورد مهندسی کردن پوشش هایی است که دارای ساختار نانو هستند به صورتی که آن ها در مقابل حمله آلاینده ها مقاوم هستند و یا خودشان دارای مشخصه های پاک کنندگی هستند که به آسانی به وسیله آب باران تمیز می شوند و بنابراین نیاز کمتری به مواد شوینده برای شستشو دارند.

نکته آغازین برای بحث کردن در مورد کاربردهای نانو تکنولوژی ها برای محیط زیست مربوط به توانایی علم نانو بری ایجاد کردن مواد با ساختار نانو و با مشخصه های خاص برای به کار رفتن در فعالیت های خاص می باشد. این جنبه ها اخیرا در مدل 1 در فصل 4 و 5 مورد بحث قرار گرفتند.