شناسهٔ خبر: 52018393 - سرویس علمی-فناوری
نسخه قابل چاپ منبع: فارس | لینک خبر

حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب، دستاوردی به صرفه و فاقد مشابه خارجی/ رفع دغدغه مردم،‌ انگیزه ادامه مسیر پژوهش

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر با ارایه طرحی در رساله دکترای خود توانست فلزات سنگین را از آب و فاضلاب حذف کند، این طرح ضمن مقرون به صرفه بودن، فاقد مشابه داخلی و خارجی است.

صاحب‌خبر -

به گزارش خبرنگار گروه دانشگاه خبرگزاری فارس، میترا بیات دانش‌آموخته مقطع دکترای دانشگاه امیرکبیر است که در رساله دکترای خود موفق به ارائه روشی جدید برای تصفیه آب و فاضلاب با استفاده از فناوری نانو به نام « تولید نانوسلول‌های گالوانیک برای تصفیه آب و فاضلاب » شد.

وی در گفت‌وگو با خبرنگار گروه دانشگاه خبرگزاری فارس، بر محدودیت منابع آبی، روند افزایشی جمعیت و رشد سریع صنایع در کشور اشاره کرد و گفت که با این توصیف ضرورت داشت تصفیه فاضلاب‌ها را بیشتر از هر زمان دیگری مدنظر قرار دهیم.

بیات در این مصاحبه از رشد صنایع در کشور گفت و تاکید کرد که این رشد موجب تولید حجم بالایی از فاضلاب‌های صنعتی شده است که تصفیه آنها نیازمند توجه و اقدامات جدی و عملی است.

وی از فلزات سنگین که یکی از خطرناک‌ترین آلاینده‌های موجود در فاضلاب‌های صنعتی هستند، به عنوان آلاینده هدف در این پروژه نام برد و خاطر نشان کرد: حذف موثر فلزات سنگین توسط نانوذرات، گامی در جهت محافظت از آب و خاک و سلامت انسان و سایر جانداران است. 

بیات همچنین از مقرون به صرفه، جدید و فاقد مشابه داخلی و خارجی بودن این طرح گفت و تاکید کرد که اگر حذف این آلاینده‌ها دغدغه کشورم نبود و به سلامت مردم وابسته نبود شاید انگیزه ادامه دادن مسیر را نداشتم.

 

فارس: در مورد طرحتان توضیح دهید.

بیات: نانوتکنولوژی در بسیاری از حوزه‌ها وارد شده است که یکی از آنها حوزه محیط زیست و تصفیه آب و فاضلاب است. فناوری نانو هم موجب توسعه و بهبود فرآیندهایی می شود که آلودگی‌های کمتری را تولید می‌کنند و هم در بهبود فرایندهای تصفیه نقش موثری را دارد.

ما در حوزه کاربرد نانومواد در تصفیه آلودگی‌ها از محیط‌های آبی وارد شدیم و عملکرد این نانوذرات را به گونه‌ای بهبود دادیم که بازدهی حذف بالاتری را ایجاد کنند. نانومواد، ساختارهایی با ابعاد بین یک تا ۱۰۰ نانومتر هستند که ویژگی‌های منحصر به فردی را نسبت به مقیاس‌های بزرگ‌تر از خود نشان می‌دهند.

به طور مثال نانوذرات دارای سطح ویژه بسیار بالا و واکنش پذیری خیلی زیادی است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود در عین حالی که سرعت و بازدهی زیادی را در حذف آلاینده دارد، به راحتی اکسید شود و واکنش پذیریش را در زمان کمی از دست بدهد. برای برطرف کردن این مشکل، اصلاح های مختلفی روی نانوذرات استفاده می شود. ما با بهره گیری از یک سری پوشش‌ها، عملکرد این نانوذرات را بهبود دادیم.

* تولید ماده‌ای با ساختار کاملا جدید

فارس: تفاوت و تمایز این طرح با طرح‌های مشابه چیست؟

بیات: برای بهبود عملکرد این نانوذرات، روش‌های مختلفی وجود دارد. رویکردی که ما از آن بهره گرفتیم، نمونه‌های مشابه دارد اما ماده‌ای که ما تولید کردیم ساختار کاملا جدیدی دارد.

 طول عمر این نانوذره نسبت به همه نمونه‌های مشابه داخلی و خارجی بسیار طولانی‌تر است، به این صورت که تا حدود یک سال واکنش پذیری بالای خود را حفظ می‌کند.

ما عملکرد این نانومواد را برای حذف آلاینده‌هایی مثل فلزات سنگین، ترکیبات نیتروآروماتیک که در فاضلاب‌های پتروشیمی وجود دارند و نیترات، بررسی کردیم. در خصوص آلایندگی ناشی از آرسنیک هم قرار است که بررسی کنیم. این آلاینده‌ها از میان ترکیباتی انتخاب شدند که آلایندگی آنها در آب و فاضلاب‌های کشور، دغدغه‌هایی را ایجاد کرده است.

فارس: ساختار این نانوذرات چه ویژگی‌هایی دارد؟

بیات: رویکرد اصلاح این نانوذرات رویکرد مشابه دارد، اما این ساختار مشابه داخلی و خارجی ندارد و دارای ساختار کاملا جدیدی است. به عبارت دیگر، ما ترکیبی که در این نانوساختار استفاده کردیم یک ترکیب کاملا جدید است و مشابه ندارد.

 همچنین مواد استفاده شده در این ساختار، مواد شیمیایی موجود در کشور هستند. یعنی ما مواد شیمیایی خاصی استفاده نکردیم که حتما باید وارد شوند، بلکه مواد شیمیایی استفاده شده، کاملا در کشور قابل دسترس هستند و قیمت مقرون به صرفه‌ای دارند. به همین دلیل امیدوار هستیم که بتوانیم در مقیاس نیمه صنعتی و صنعتی هم از این موارد استفاده کنیم.

در این حوزه، ما عملکرد این نانوذره را در ترکیب با یک فرآیند دیگر هم بررسی کردیم و عملکرد خوبی داشت. این ماده، نانوساختاری است که می‌توان در ترکیب با فرآیندهای دیگر هم برای تصفیه از آنها استفاده کرد. مثلا همراه با اُزن و در فرآیندهای شبه فنتون قرارگیرند. فرآیندهای ترکیبی باعث می‌شوند که بازدهی بالا و قیمت‌ها به صرفه‌تر باشد.

فارس: برای ادامه و گسترش این طرح پژوهشی برنامه ریزی کرده‌اید؟

بیات: در دوران تحصیلم در مقطع دکترا، به عنوان پایان نامه دکترا روی این پروژه کار کردم و خرداد ماه دفاع کردم. درس من به پایان رسیده و در واقع به عنوان پایان نامه این موضوع تمام شده است اما از آنجایی که این نانومواد نسبت به همه مشابه‌های خود عملکرد و پایداری خوبی داشتند، ما تصمیم گرفتیم که پروژه را همچنان ادامه دهیم.

نانوذرات کلا برای استفاده در حوزه‌های مختلف پتانسیل‌های خوبی دارند و یکی از حوزه‌های آن حذف آلاینده‌ها از منابع آبی هستند. به دلیل پتانسیل بالای این نانوذرات، تصمیم بر این شد که این موضوع همچنان در دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه امیرکبیر ادامه پیدا کند. تیمی از دانشجوهای تحصیلات تکمیلی، شامل دانشجویان مقطع ارشد و دکترای مهندسی شیمی روی بهبود بیشتر این نانوساختار و بررسی عملکرد آن در حذف سایر آلاینده کار می‌کنند. من هم افتخار دارم به عنوان استاد مشاور کنار تیم باشم و همچنان آزمایشگاه می روم و کامل در تعامل با تیم هستم.

 

* عملکرد موثر نانوذرات‌ها برای تصفیه آب‌های زیرزمینی

فارس: این طرح پژوهشی چطور به کشورمان که دچار محدودیت منابع آب شده است، کمک می کند؟

بیات: کلا مشکل کم آبی مشکلی نیست که خاص کشور ما باشد و همه کشورهای دنیا با این مشکل روبه رو هستند و همه با استفاده از فرآیندهای جدید و موثر کارها و تمهیداتی را اجرا می‌کنند. به صورت کلی استفاده موثر از تمامی منابع موجود روی کره زمین، یکی از ترندهای جهانی است که در قالب دیدگاهی به نام اقتصاد چرخشی هم مطرح می شود. اقتصاد چرخشی سعی می کند، با استفاده از موثرترین فناوری ها از جمله نانوتکنولوژی بیشترین بهره را از منابع ارزشمند ببرد و تا حد امکان نسبت به جلوگیری از آلودگی و همچنین بازیافت منابع آبی اقدام کند.

فناوری‌های نوین مثل نانوتکنولوژی و بایوتکنولوژی هم جزء فناوری‌هایی هستند که کشورها به خصوص در بحث بازیافت آب به آن خیلی توجه می‌کنند. این نانوذرات خیلی سریع و موثر عمل می‌کنند، یعنی سرعت و بازدهی را بالا می‌برند؛ پس هر چه که بگذرد نقش و اهمیتشان بیشتر مشخص می‌شود.

شاید الآن ما به مرحله‌ای نرسیده باشیم که این نانوذرات کاملا مقرون به صرفه باشند و همچنان بتوانیم از فرآیندهای دیگری که بازدهی کمتری دارند، استفاده کنیم اما با گذشت زمان، کمبود منابع آبی بیشتر خودش را نشان می‌دهد و موادی که با فناوری‌های جدید تولید می‌شوند نقش پررنگ‌تری پیدا می‌کنند.

طبق گزارشی که ستاد نانو منتشر کرده، پیش بینی شده بود که در طی سال‌های آینده نانوذرات فلزی به یکی از موثرترین و مقرون به صرفه‌ترین راه‌ها برای تصفیه آب‌های زیرزمینی در دنیا تبدیل شوند. البته در حال حاضر نیز، در برخی از کشورها از نانوذرات فلزی آهن برای تصفیه آب‌های زیرزمینی به صورت تجاری استفاده می‌شود؛ در این روش، فرآیند تصفیه آب در اعماق زمین صورت می‌گیرد و مانع از هزینه‌های بیشتر برای استخراج آب و تصفیه بر روی سطح زمین می‌شود.

در همین راستا، من متوجه شدم که افراد مختلفی که هرکدام به نحوی مصرف کننده آب در زمینه‌های کاری خودشان هستند، بسیار به کاربرد فناوری‌های نوین مانند نانوتکنولوژی و عملکرد نانومواد در تصفیه آب و فاضلاب علاقه مند هستند. افراد مصرف کننده علاقه مند هستند که محصول خروجی این نانومواد را استفاده کنند و بدانند به چه نحوی عمل می‌کند و کی کاربردی و تجاری می‌شود.

* آب پاک یک کالای اقتصادی زمینه ساز برای توسعه پایدار هر کشور است

فارس: این طرح پژوهشی چه مقدار از خروج ارز جلوگیری می‌کند؟

بیات: من در این خصوص عدد و رقم مشخصی را نمی‌توانم به شما بگویم اما آب یکی از منابع مهم هر کشوری است که زیرساخت لازم برای بسیاری از صنایع است. امروزه آب پاک به عنوان یک کالای اقتصادی مطرح می‌شود که زمینه ساز توسعه پایدار برای هر کشوری است.

آب تصفیه شده‌ای که از این فرآیند بر پایه نانومواد حاصل می‌شود، به راحتی می‌تواند برای مصارف خانگی، کشاورزی و صنعتی استفاده شود. می‌توان جمع بندی کرد که آب با کیفیت حاصل از فرایند تصفیه با این نانوذرات، زیرساختی برای بخش‌های کشاورزی و صنعت است، به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک، آب به عنوان یک کالای اقتصادی – اجتماعی شناخته می‌شود.

بحث خیلی کلی است و یک ماده شیمیایی و محصول خاص نیست که بگویم در صورت تولید، آنقدر جلوی وارداتش گرفته می‌شود. بلکه محصول تولیدی در این روش، یک آب باکیفیت برای مصارف خانگی، صنایع و کشاورزی است و وقتی که نباشد، ناچار به خریداری و واردات آن از سایر کشورها خواهیم بود یا اینکه آن بخش صنعتی و کشاورزی محکوم به تعطیلی می‌شوند مثل بحثی که هر چند وقت یک بار می‌شنویم که شهرهای مختلف آب ندارند و با مشکل در تامین منابع آبی مواجه هستند.

علاوه بر ارزش اقتصادی آب، باید اثرات درازمدت آلودگی‌های محیط زیستی بر آب، خاک، هوا و جانداران را نیز در نظر گرفت.

فارس: برای کاربردی کردن این طرح چه اقداماتی انجام داده‌اید؟

بیات: همانطور که گفتم من تا الآن در دوره دکترا مشغول کار روی این طرح بودم و بیشتر تمرکز روی تولید نانوساختاری نوآورانه و حرکت مطابق با مرزهای دانش است و در آن مرحله روی ساختار نانوذره و مکانیسم فرایند حذف، عمیق می‌شویم. از آنجایی که دیدیم این نانوذرات پایداری و ظرفیت خوبی هم دارند، مدتی هست به این ایده رسیدیم که برای مصارف تجاری هم از آن استفاده کنیم. ما هنوز در فاز آزمایشگاهی هستیم. ان‌شاءالله بتوانیم برویم به سمت اینکه کاربردهای تجاری ایجاد کنیم.

من فکر می‌کنم که ما خروجی‌های خوبی از این پروژه بگیریم و رویکردمان این است که هم بتوانیم مقالات خوبی استخراج کنیم و هم اینکه بتوانیم آن را به سمت کاربردی شدن ببریم. استادم آقای دکتر بهرام ناصرنژاد که هیئت علمی دانشگاه امیرکبیر هستند، رویکرد نوین و جامعی به موضوع داشتند و چندین جنبه را در این پروژه در نظر گرفتند، هم جنبه علمی و نوآورانه نانوذرات و هم جنبه‌های کاربردی و تجاری این محصول. به گونه‌ای که در نهایت مقالات ارزشمندی از این موضوع در نشریات معتبر به چاپ برسد، در عین حال که موضوع کاربردی هم هست. در خصوص جنبه کاربردی هم، در مرحله اول فلزات سنگین به دلیل اینکه در فاضلاب‌های صنعتی به خصوص صنایع آبکاری فلزات با غلظت‌های بالایی حضور دارند، انتخاب شدند.

در خصوص جنبه تجاری هم، ماده ای که ما سنتز کردیم با اینکه ساختار جدیدی دارد اما کاملا از مواد در دسترس و مقرون به صرفه تولید شده است.

فارس: آبکاری فلزات در چه صنایعی کاربرد دارد؟

بیات: صنایع آبکاری فلزات به پوشش دادن سطوح مختلف با لایه‌ای از فلزات، به منظور محافظت از سطوح در برابر عوامل مختلفی همچون خوردگی و سایش می‌پردازند. صنایع گسترده‌ای وابسته به محصولات صنعت آبکاری فلزات هستند که از آن میان می‌شود به صنایع خودروسازی، لوازم خانگی و ساختمان اشاره کرد.

فاضلاب صنایع آبکاری فلزات حاوی غلظت‌های بالایی از فلزات هستند که در صورت عدم تصفیه، وارد منابع آبی و محیط زیست خواهند شد و تاثیرات مخربی بر سلامت تمامی موجودات زنده بر جای خواهند گذاشت.

* طرح‌های تحقیقاتی دانشجویان باید مطابق با علم روز دنیا باشد

در این پروژه یک رویکرد همه جانبه نوآورانه، کاربردی و تجاری لحاظ شده است، چقدر خوب می‌شود که چنین دیدی را همه داشته باشند و طرح‌هایی تعریف شوند که قابل استفاده و تجاری سازی هم باشند. درست است تحقیقاتمان باید در دنیا نوآورانه باشد و حتما باید مطابق با علم روز دنیا حرکت کنیم که البته جامعه دانشگاهی بسیار خوب این کار را انجام می‌دهد اما خیلی خوب است همانطور که مطابق با علم روز دنیاست، بتوانیم از آن در بخش‌های صنعتی هم استفاده کنیم.

* رفع دغدغه مردم،‌ انگیزه ادامه مسیر پژوهشم بود

من اگر محصولی داشتم که در حال درست کردن آن، می دانستم اینجا استفاده خاصی ندارد شوق و انگیزه نداشتم. اما در دوران دکترا شوق و انگیزه زیادی داشتم چون می‌دانستم که دارم آلاینده‌ای را حذف می‌کنم که در صنعت آبکاری فلزات کشورمان تولید می‌شود و دغدغه مردم کشورم است.

فلزات سنگین در فاضلاب‌های صنایع آبکاری دغدغه بودند، می‌دانستم که ماده اولیه در کشور هست، قیمتش هم مقرون به صرفه بود لذا انگیزه کافی برای ادامه مسیر داشتم.

این طرح در تصفیه فاضلاب خروجی از صنایع آبکاری فلزات و همه صنایعی که به نوعی با فلزات سروکار داشته باشند، کاربردی است. فلزات سنگین محیط را سمی می‌کنند لذا تمام کشورها سعی دارند آنها را تصفیه کنند چون به مرور باعث بیماری‌های مختلف می‌شوند. این ترکیبات آلاینده‌های صنعتی اگر حذف نشوند، به مرور وارد محیط زیست و منابع آبی شده و سپس وارد چرخه غذایی می‌شوند. در نهایت روی سلامتی انسان‌ها و همه جانداران تاثیر خواهند گذاشت. به همین دلیل کشورها یک سری ضوابط قانونی برای این موضوع دارند.

انتهای پیام/

نظر شما