مقدمه: رشد نیاز به پیگیری پیشرفته هوا در مناطق صنعتی

مناطق صنعتی منابع قابل توجهی از آلودگی هوا هستند، انتشار گازهای مضر و ذرات که بر سلامت محیط زیست و انسانی تأثیر می گذارند، زیرا فشارهای نظارتی و آگاهی عمومی افزایش می یابد، صنایع به دنبال راه حل های موثرتر و پایدارتر هستند.پیشرفت های اخیر در فناوری نانو راه های جدیدی برای افزایش فرآیندهای تصفیه هوا باز کرده اند، و آنها را کارآمد تر و پایدار تر می کند، بر خلاف روش های معمول که به تصفیه فیزیکی یا شیمیایی وابسته هستند، استفاده از مواد غذایی منحصر به فرد برای دستیابی به میزان مصرف مواد شیمیایی و تجزیه و مواد شیمیایی در حال حاضر غیرممکن است.

درک فناوری نانو در Air Purification

فناوری نانو شامل دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی، به طور معمول کمتر از 100 نانومتر است، در این اندازه، مواد به طور چشمگیری ویژگی های مختلف را نشان می دهند - به طور تقریبی افزایش نسبت های سطح به حجم، اثرات کوانتومی، و افزایش واکنش های میدانی فعال برای کاربردهای تصفیه هوا بسیار مهم است زیرا آنها اجازه می دهند نانو مواد به تعامل با آلودگی های به طور موثر بیشتر از مواد عمده، برای مثال، برای ارائه یک نانوگرام های شیمیایی بی شمار می تواند واکنش های شیمیایی را به یک منطقه ای فعال و یا مواد شیمیایی مشابه.

چگونه نانو مواد جذب و شکستن مواد مخدر

نانوذرات می توانند از طریق چندین مکانیسم عمل کنند: جذب آلودگی های گازی بر روی سطوح خود، اکسیداسیون کاتالیزور ترکیبات مضر به ترکیبات بی ضرر و تخریب فتوکاتاتیک با استفاده از انرژی نور، این فرآیندها اغلب در سیستم های تصفیه پیشرفته ترکیب می شوند، و حذف ترکیبات ترکیبات ترکیبات آلی فرار (VOC)، نیتروژن اکسید نیتروژن (NOx)، و ذرات گوگرد (SO2.5PM) را قادر می سازد.

سیستم های شیمیایی تکنولوژی نانو (Nhanced Chemical Processes)

روش های تصفیه هوای سنتی، مانند فیلترهای کربن فعال یا اسکراب های مرطوب، اغلب از ظرفیت محدود، تقاضای انرژی بالا یا نسل زباله های ثانویه رنج می برند. فناوری نانو مواد پیشرفته کاتالیتیک را معرفی می کند که واکنش های شیمیایی را برای خنثی کردن آلاینده ها به طور موثر تسهیل می کند.

نانووکیتیک Oxidation

نانوکات - مانند نانوذرات فلزی گروه پلاتین که بر اکسید فلز پشتیبانی می کنند - اکسیداسیون VOCs و CO را در دمای بسیار پایین تر از کاتالیزورهای معمولی کاهش می دهد، به عنوان مثال، اکسید بنزیوم (CeO2) با فلزات انتقال می تواند فرمید را تجزیه کند و به طور کامل به CO2 و آب در اتاق کاهش مصرف انرژی حرارتی در مقایسه با اکسید کربن.

تبلیغات نانوساختاری

مواد مانند چارچوب های فلزی آلی (MOFs)، نانولوله های کربنی (CNTs)، و انروگل های اکسید گرافن مناطق سطح فوق العاده بالا برای ثبت آلودگی های گازی و ذرات ذرات ذرات را فراهم می کند.این تبلیغات می توانند در محل با حداقل کاهش انرژی بازسازی شوند، و آنها را برای عملیات صنعتی مداوم مقرون به صرفه می کند.

مواد نانوی تصویری

نانوذرات مانند دی اکسید تیتانیوم (TiO2) و اکسید زیناو (ZnO) به عنوان فتوکاتال عمل می کنند، هنگامی که در معرض اشعه ماوراء بنفش یا نور قابل مشاهده قرار می گیرند، آنها گونه های اکسیژن واکنشی تولید می کنند که آلاینده های آلی، باکتری ها و حتی برخی گازهای غیر آلی را اکسید می کند.

کاتالیز پلاسما با نانو مواد

رویکرد جدیدتر، پلاسما غیر حرارتی را با کاتالیزورهای نانوساختار ترکیب می کند. پلاسما الکترونهای با انرژی بالا و رادیکال های واکنشی را تولید می کند که تا حدودی آلاینده ها را تجزیه می کنند، در حالی که کاتالیز نانو مواد، این synergy، که به عنوان پلاسما-کاتوز شناخته می شود، وعده استثنایی برای درمان جریان های بالا، کم غلظت صنعتی را در اگزوز نشان داده است.

برنامه های کاربردی در مناطق صنعتی واقعی

گیاهان شیمیایی

امکانات تولید حلال، رزین ها یا چسب ها VOC هایی مانند بنزن، استایرن و acetone. Nanotechnology-enhanced اسکربر ها را با استفاده از TiO2 Photocatalysts و نانوساختار zeolites به دست آورده اند > 95٪ از حذف بهره وری در کارآزمایی های میدانی، با کاهش فشار پایین و کمتر زباله های خطرناک تر از دفع در دفع.

فولاد و تولید سیمان

این صنایع گازهای آنفلوانزای با دمای بالا حاوی NOx، SOx و ذرات ماده را آزاد می کنند. فیلترهای غشای سرامیکی پوشیده با ذرات نانوکاتیتیک می توانند به طور همزمان PM را جذب کنند و NOx را از طریق کاهش انتخابی کاتالیتیک (SCR) در دمای معتدل کاهش دهند و نیاز به واحدهای تزریق آمونیاک جداگانه را از بین ببرند.

بازسازی و مجتمع های پتروشیمی

Refineries با چالش های هیدروژن سولفات (H2S) و mercaptans مواجه هستند. نانوساختار یافته آهن سوربات می تواند این ترکیبات گوگرد را به سطوح زیر-ppm حذف کند، در حالی که نانوکتایست های فلزی گرانبها آنها را به گوگرد عنصری تبدیل می کنند، یک محصول ارزشمند.

مزایای فناوری نانو در Air Purification

پیاده سازی فرآیندهای مبتنی بر فناوری نانو مزایای متعددی را نسبت به روش های متعارف ارائه می دهد:

  • بهره وری بالا: سریع تر و کامل تر از حذف آلاینده ها، اغلب دستیابی به اهداف نزدیک به صفر.
  • مصرف انرژی کم تر: دمای اتاق خواب کاتالیز و فتوکاتالیز به شدت کاهش حرارت و یا هزینه های الکتریکی.
  • سیستم های رقابتی: نرخ واکنش بالاتر اجازه می دهد حجم راکتور کوچکتر، مناسب به مناطق صنعتی متراکم که در آن فضا محدود است.
  • قابلیت پذیری: بسیاری از نانومواد در برابر مسمومیت و تکان دادن مقاومت می کنند، گسترش زندگی عملیاتی فراتر از کاتالیزورهای سنتی.
  • ] چند قطبی توانایی: یک نانو ماده یا کامپوزیت منفرد می تواند انواع مختلف گرده را به طور همزمان (به عنوان مثال VOCs و PM) هدف قرار دهد.
  • ضایعات ثانویه را کاهش داد: [FLT 1 ] بر خلاف اسکراب های مرطوب که فرآیندهای شیب دار را تولید می کنند، اغلب فقط گازهای بی ضرر تولید می کنند یا به راحتی جامدات را بازیابی می کنند.

چالش ها و مسیرهای آینده

با وجود پتانسیل امیدوار کننده آن، فناوری نانو در تصفیه هوا با موانع متعددی مواجه است که باید برای پذیرش صنعتی گسترده مورد توجه قرار گیرد.

هزینه بالای تولید نانومواد

سنتز نانومواد با کیفیت بالا - به ویژه آنهایی که حاوی فلزات گرانبها هستند - گران است، با این حال، پیشرفت های سریع در روش های سنتز مقیاس پذیر، مانند اسپری شعله pyrolysis و راکتورهای جریان مداوم، هزینه های رانندگی را کاهش می دهد. کل هزینه مالکیت اغلب در هنگام بررسی پس انداز بلند مدت در انرژی و تعمیر و نگهداری مطلوب می شود.

خطرات زیست محیطی و بهداشتی

انتشار نانوذرات در محیط در طول تولید، عملیات یا دفع خطرات ناشناخته را به وجود می آورد.[۱] مطالعات اکو سمیت در حال انجام است و بدن های نظارتی مانند آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده [FLT ۱] و آژانس شیمیایی اروپا در حال توسعه چارچوب برای کنترل ایمن و ارزیابی چرخه عمر هستند.

مقیاس پذیری و ادغام

انتقال موفقیت های آزمایشگاهی به راکتورهای صنعتی نیازمند مهندسی دقیق انتقال توده ای، کاهش فشار و توزیع کاتالیزور یکنواخت است، چندین پروژه آزمایشی مانند پروژه های تحت [EU Horizon 2020]، پروژه نانو ریگ [FLT 1]، نشان دادن ماژول های مقیاس پذیر برای صنایع فولاد و شیمیایی است.

استانداردهای نظارتی و گواهینامه

در حال حاضر هیچ استاندارد پذیرفته شده جهانی برای تایید سیستم های تصفیه هوا مبتنی بر نانو مواد وجود ندارد.تعامل صنعت مانند کمیته فنی 229 در حال کار بر استانداردهای نانوتکنولوژی هستند، اما تصویب توسط قانونگذاران ملی، دستورالعمل های روشن سرعت سرمایه گذاری و استقرار.

چشم انداز آینده: جاده Ahead

تحقیقات در چندین جبهه تشدید می شود: نانومواد پایدار که از زیست توده ها یا زباله های بازیافت شده، سطوح خود تمیز کننده که فعالیت های کاتالیزوری را حفظ می کنند و سیستم های کنترل هوش مصنوعی که چرخه های نانو ذرات و بازسازی را بهینه می کنند.

در دهه آینده، ما می توانیم انتظار داشته باشیم که تصفیه هوا با چگالی نانو در ساخت های صنعتی جدید در مناطق با هنجارهای انتشار گازهای گلخانه ای دقیق، مانند اتحادیه اروپا و بخش های آسیا، استاندارد شود، برای امکانات موجود، با نانوساختار یافته کاتالیتیک، یک مسیر مقرون به صرفه برای انطباق ارائه می دهد.

نتیجه گیری

فرایندهای شیمیایی نانوتکنولوژی نشان دهنده یک تغییر پارادایم در تصفیه هوای صنعتی است.با استفاده از خواص فوق العاده مواد در مقیاس نانو، این فن آوری ها به بهره وری بالاتر، هزینه های پایین تر و انعطاف پذیری بیشتر از روش های تصفیه هوا معمولی است، در حالی که چالش های اطراف هزینه، ایمنی و مقیاس پذیری باقی مانده، تحقیقات مداوم و پیشرفت نظارتی به طور پیوسته راه برای صنایع متعهد به حفظ رقابت زیست محیطی است - در حالی که نه تنها سرمایه گذاری ضروری است.