Endüstriyel Atıksu Tedavisinde Nanoteknolojiye Giriş
Endüstriyel atıksu organik kirleticilerin karmaşık bir karışımı taşır - boyalar, pestisitler, farmasötikler, metalik ürünler ve organik bileşikleri ortadan kaldırır - bu, yüzey alanı, reaktivite ve kuantum etkiler hakimdir. Bu nano ölçekli özellikler genellikle incelenebilir, organik bileşikleri ortadan kaldırır veya organik kirleticilerin yüksek enerji girişlerini ve kimyasal katkılarını gerektirir. Nanoteknoloji, atom ve moleküler ölçekdeki mühendislik malzemeleri ile yeni bir şekilde yenilenme yolunda (1-100 nm) sağlar.
Nanomalzemeler, yüksek yüzeysel çerçevelerin yüksek boyutlarına sahip olan bazı yüklere sahiptir.Tek bir grafikte oksit, hassas bir ayrıma maruz kalma işlemine bindirebilir.Bu arada, nanoteknolojik su arıtma üzerindeki en yüksek harcamalar, şimdiye kadar moleküllerin boyut ve kutupluluk ile hassas bir şekilde temizlenmesine izin verir.Bu tür yetenekler, çöp su arıtma proseslerini hassas bir şekilde uzaklaştırma işlemine dönüştürür.
Organik Contaminant Yok için Anahtar Nanomalzemeler
Karbon bazlı Nanoyapılar
Graphene oksit (GO) ve karbon nanotüpleri (CNTs) organik kirletici yakalama için en çok incelenen nanomalzemeler arasındadır. GO çarşaflar bol oksijen fonksiyonel gruplar (hidrojen, epoxy, karboxyl) ve hidrojen bağı ile etkileşime giren hidrobiyotik ve kutup organik molekülleri ile etkileşime girer, }}-TY-TY-zihinler ve elektrostatik yerler.
Araştırmacılar, organik molekülleri kanaldan daha büyük reddetmeye izin verirken, organik boyaları ve farmasötik membranları geri almalarına izin veren, CNT membranlarını hızla, seçici su taşıma yollarını yaratarak, flux oranları 10-100 kat daha yüksek hale getirirler.
Metal-Organic Frameworks (MOFs)
MOFs, organik bağlantıcılar tarafından bağlantılı metal düğümlerin kristal ağlarıdır, kayıt altına alınan iç yüzey alanları ile son derece göze çarpan yapılar oluşturur (örneğin, UiO-66 (Zr- bazlı) çeşitli metal merkezi (örneğin, Zr, Fe, Al, Cu) ve bağlantı kimyası, MOFs özellikle de organik kirleticiler ile organik kirleticiler için uygun şekilde değiştirilebilir.
MOF'lerin büyük bir avantajı, hem reklamcı hem de katalizörler olarak işlev verme yeteneğidir.In membran uygulamaları, MOF nanopartiküller polimer matrikslere (örneğin, poliethersulfone, poliamid) eklenmiş-matrix membranlar (MMM) ile polimerin seçici adsorbeksiyonu ile birleştirmektedir.
Nanocomposite Membranları
Nanocomposite membranları organik nanopartiküller (TiO2, SiO2, zeolitler veya gümüş) permeability, fouling Direnişi ve seçicilik geliştirmek için bir polimerik veya seramik tabanında, TiO2 nanopartiküller özellikle değerlidir, çünkü UV ışığıyla yeniden ortaya çıkan organik foliküller, yüzeyleri yeniden üreterek ve operasyonel yaşamı genişletir.
Araştırmacılar ayrıca ince film nanokomposite (TFN) standart RO membranları ile nanotüp membranları dahil ederek küçük organik moleküllerin (falecular ağırlığı 200-400 Da) reddedilmesi ile daha kısa sürede elde edebildiler. tekstil boya atıksu üzerindeki Pilot çalışmalar, 99% ve kimyasal oksijen talebini bildirdi (COD)
Diğer Gelişen Nanomalzemeler
Karbon bazlı malzemeler ve MOF'lerin ötesinde, diğer birkaç nano ölçekli platform vaat ediyor.ETHFLT:0)Nanoscale zero-valent demir (nZVI)), organik çözücüler ile yeniden kullanılabilir, çünkü ultra-trat organik bir tamponadın altında bulunan organik bileşikleri tespit edebilir.[TCE)[değiştir | kaynağı değiştir]
Organik Contaminantların Mekanikleri Nanomalzemeler
Bağlanma ve Yüzey Kompleksi
Çoğu nanomalzeme sistemlerinde organik kaldırmanın birincil mekanizması, adsorbattır. nanomalzemelerin yüksek özel yüzey alanı bol miktarda hidrasyon siteleri sağlar. Interactions Hidrofobik etkiler, van der Waals kuvvetleri, hidrojen bağı, elektrostatik çekim/reksiyon ve }}-monik bölgelerin aromatik halkaları ile aromatik kirletici ve nanomalzemeler arasında yığılır. Örneğin, hidroksitle güçlü hidrojen bağlarını içeren simetrik ve karbonil-uzurlu bölgeler aromatik kirleticiler ile aromatik kirleticiler.
Yüzey kompleksasyonu, MOF'lerde metal atomlarla veya metal oksit nanopartiküller ile koordine edildiğinde meydana gelir. Bu özellikle de organik bileşikler için zenating organik bileşikler için hidroksittraacetik asit (EDTA) veya humic asitler için özel olarak yapılır.
Boyut Exclusion ve Membran Filtrasyon
Nanomalzeme tabanlı membranlar ikincil bir reddedilme mekanizması olarak boyut dışlamalarını savunuyorlar. GO membranların interkatli havai fişekleri, oksidasyon derecesi veya iyonize iyonlar veya polimerler tarafından tam olarak kontrol edilebilir. Benzer şekilde, bu membranlar, yüksek enerji cezaları olmadan yüksek reddedilme oranları elde ederler.
Catalytic Degradasyon
Bazı nanomalzemeler sadece kirleticileri yakalamaktan daha fazlasını yapar; kimyasal olarak onları CO2 ve su gibi kimyasal maddelere dönüştürürler.Fy3O4, CuOde (g-C3N4), UV veya görünür ışık ilerleyici organik kirleticiler. Bu yaklaşım sadece nanocatalystler gibi mineralleri ortadan kaldırır.
Sözleşmesel Filtrasyon Teknolojileri Üzerindeki Avantajları
Konvansiyonel organik kirletici gerileme biyolojik tedaviye, aktif karbon adsorpuna ve membran filtrasyonuna (mikrotrasyon, ultrafiltrasyon, nanotüpsüzme, RO) Her biri doğal kısıtlamalara sahiptir: biyolojik sistemler toksik şoklara yavaş ve hassastır; aktif karbon, jeneratif ve geri dönüşüm gerektirir; ve membran süreçleri fouling ve yüksek enerji taleplerinden muzdariptir. Nanoteknoloji-enhanced filtrasyon çeşitli avantajları sunar: biyolojik sistemler çeşitli avantajları sunar: biyolojik sistemler toksik şoklara karşı yavaş ve hassastır; aktif karbonlar ve restore edilebilir hale gelir.
- [FONT:0) Kırkıcıların izlenmesi için yüksek yük verimliliği: Birçok organik kirleticiler, parçalardaki konvansiyonel tedaviden devam ediyor, endokrin kesintiye ve antibiyotik direncine neden oluyor. Nanomal adsorbents ve membranlar sürekli olarak >% 99 oranında düşüşler, daha sıkı deşarj sınırlarıyla buluşuyor.
- [FONT=0) Düşük enerji tüketimi: [DÜDÜT:1] Nanocomposite membranları baskılarda 30–50% daha düşük, geleneksel RO membranlardan karşılaştırılabilir veya daha iyi reddedilme elde ederken, hidrolik direnci azaltan nano Kanalları sayesinde.
- [FONT:0)Süresel nanopartiküller (TiO2, ZnO) veya hidrophilic fonksiyonel gruplar (örneğin, -OH) - CHOH) ışık altında organik külotları azaltır ve hafif kimyasal sülme altında temizlik sağlar.
- [FONT:0)Küçük fiziksel ayak izi:[Dönetici tabanlı reklamlarorberler ve membranlar yüksek hacimli transkriptlere ulaşır, tedavi sistemlerinin kompakt olmasına izin verir - uzay-konstr edilmiş endüstriyel siteler veya mobil tedavi birimleri için önemli bir avantaj.
- [FONT=0) Seçicilik ve tonability:[Döneticileri, küçük pestisit molekülleri ele alırken, küçük pestisit moleküllerinin rekabet ve kapasiteyi artırmak için geniş bir organik maddeyi dışlayabilir. Örneğin, MOFs belirli kirletici ailelere hedef almak için tasarlanmıştır.
Mevcut Zorluklar ve Dava Strategies
Üretim Maliyeti ve Scalability
Yüksek kaliteli nanomalzemeler endüstriyel ölçekte üretmek için pahalı kalır. Graphene oksit sentezi hala güçlü o oksitleyici ve yoğun arıtma gerektirir; CNT üretimi enerji yoğun kimyasal buharı ayrıştırır; MOF'ler pahalı organik bağlantı ve çözücü bazlı sentez gerektirir. Ancak, sürekli akış sentezlerinde son gelişmeler, mekaniksel taşlama ve yüksek çözünürlükte, Avrupa'da pilot ve inşaat tesislerini kullanmaktadır.
Çevre ve Sağlık Riskleri
Nanopartiküller kullanım veya tasarruf sırasında çevreye serbest bırakılır, ecotolojik endişeler ortaya çıkabilir. Free nanopartiküller su organizmalarında bir araya gelebilir ve potansiyel olarak gıda zincirlerine girebilirler.Mitigation stratejileri, nanomalzemeler ve sağlam destek matrisleri (örneğin, EU REACH) yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş üreticilerin nanomalzemeler sağlamak için gereklidir.
Uzun Süreli Stability ve Rejenerasyon
Nanomalzeme performansı, fouling, oxidasyon veya yapısal değişiklikler nedeniyle genişletilmiş bir operasyona göre değişebilir. Rejenerasyon yöntemleri - kimyasal yıkama, termal tedavi, UV/ozone temizliği veya elektrokimyasal yenilenme - farklı malzeme sınıfları için optimize edilir. Örneğin, GOication membranlar hafif asitte kısa bir oğul tarafından restore edilebilir, MOF'ler hafif ısıtma ile takip edilen termik yıkama ile yeniden oluşturulabilir.
Mevcut Altyapıya Entegrasyon
Çoğu endüstriyel atıksu arıtma tesisleri geleneksel ünite süreçleri etrafında tasarlanmıştır. Nanoteknoloji tabanlı modüllerle birlikte optimize etmek, şişe-nöpürücülerden kaçınmak ve yüksek akış operasyonları ile uyumluluk sağlamak için dikkatli bir işlem mühendisliği gerektirir. modüler, kayaklı nanotrasyon birimleri, özellikle de mevcut tedavi trenlerine eklenebilir, özellikle de nanomalzeme operatörlerinden sonra kaliteli kontrol kurmak için.
Future Path and Industrial Integration
Akıllı Sorumluluklu Membranlar
Sunulan kirleticilerin türlerine cevap veren membranları düşünün. Araştırmacılar dış uyaranlara göre değişen özellikleri, pH, sıcaklık, ışık veya elektrik alanları ile otomatik olarak ayarlayabilirler. Örneğin, GO membranlar operatöre poli(N-isopropylariloplelamid) mikrogelleri sıcaklıkla swell veya rezivalar ile küçülebilir, su flux ve reddedilmesi.
Multi function Nanocomposites
Bağlanma adorpsiyonunu, kataliz ve tek bir membran veya reklamverenbent bead'daki antimikrobiyal aktiviteyi birleştirmek, TiO2 (fotoğraf) içeren nanokompozisyondur ve MOF (adsorbent) aynı anda organik sınıfları öldürebilir ve çok sayıda fonksiyonun bir kısmını azaltır ve TiO2 (fotokonomi) bitki tasarımını basitleştirir.
Gerçek Dünya Vaka Çalışmaları ve Pilot Kurulumları
Birkaç endüstri zaten nanoteknoloji filtrasyonunu anlamlı bir ölçekte test ediyor. Hindistan'da bir GO tabanlı nanotüptürme sistemi, su tüketiminin% 80 azaltımı ve 100'ün üzerindeki kullanım süresini ortadan kaldıran kimyasal koagulantrasyonları ortadan kaldırıyor.Bu örnekler, nanoteknoloji çözümlerinin aktif olmayan su bazlı olmayan bir adsorbap sistemi (API'lar) işlem akışlarından çıkarılması için ekonomik olarak uygulanabilir olduğunu gösteriyor.
Düzenleme ve Standartlaştırma Efforts
Nanoteknoloji laboratuardan pazarlamaya hareket ettiği gibi, düzenleyici kurumlar nanomalzeme güvenliği, etiketleme ve çevresel salıverme için kılavuzlar oluşturuyor. ISO Technical Committee 229 Nanoteknolojiler nanomalzeme toksisitesi ve çevresel kader ölçmek için standartlar yayınladı. EPA nanomalzemesel tedavi performansı ve potansiyel riskleri değerlendirmek için test kılavuzları geliştiriyor.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Nanoteknoloji çözümleri, organik kirletici filtrasyonun endüstriyel atık sularda yeniden şekillendirilmesidir.Geçmiş oksit, karbon nanotüpler, metal-organik çerçeveler ve nanokomposite membranları, tedavi sistemleri daha yüksek verimlilik, daha düşük enerji kullanımı ve daha yüksek maliyetle, ölçeklenebilirlik ve çevresel güvenlikte daha temizlenebilirlik, malzeme sentezleme, prosesleri ve düzenleyici çerçeveler arasındaki boşlukları daraltmaktadır.
[0]Daha fazla okuma için, Uygarlık Araştırmaları Için Nanoteknolojiye ([Dönetici:2)) ve [Döneticileri Üzerine Bir Araştırma[Döneticileri Üzerine Bir Şeye Göre İncele]