Nanotechnologia do oczyszczania wody

Część serii artykułów na temat
nanotechnologii
Wpływ i zastosowania
Nanomateriały
Samoorganizacja molekularna
Nanoelektronika
Nanometrologia
Nanotechnologia molekularna

Na rynku dostępnych jest wiele oczyszczaczy wody, które wykorzystują różne techniki, takie jak gotowanie , filtracja , destylacja , chlorowanie , sedymentacja i utlenianie . Obecnie nanotechnologia odgrywa istotną rolę w technikach oczyszczania wody. Nanotechnologia to proces manipulowania atomami w nanoskali. W nanotechnologii stosuje się nanomembrany w celu zmiękczania wody i usuwania zanieczyszczeń jak zanieczyszczenia fizyczne, biologiczne i chemiczne. Istnieje wiele technik w nanotechnologii, które wykorzystują nanocząsteczki do zapewnienia bezpiecznej wody pitnej o wysokim poziomie skuteczności. Niektóre techniki zostały skomercjalizowane.

Dla lepszych procesów oczyszczania lub uzdatniania wody preferowana jest nanotechnologia . W procesach uzdatniania wody stosuje się wiele różnych typów nanomateriałów lub nanocząstek. Nanotechnologia jest przydatna w rekultywacji, odsalaniu , filtracji, oczyszczaniu i uzdatnianiu wody.

Główne cechy, które sprawiają, że nanocząsteczki są skuteczne w uzdatnianiu wody to:

  • Więcej powierzchni
  • Mała objętość
  • Im większa powierzchnia i objętość, tym cząstki stają się mocniejsze, bardziej stabilne i trwałe
  • Materiały mogą zmieniać właściwości elektryczne, optyczne, fizyczne, chemiczne lub biologiczne na poziomie nano
  • Ułatwia reakcje chemiczne i biologiczne

Obecne komercyjne oczyszczacze wody wykorzystujące nanotechnologię obejmują butelkę LifeSaver , Lifesaver Jerrycan, Lifesaver Cube, Nanoceram i NanoH2O.

System oczyszczania wody na bazie nanocelulozy

nanocelulozy łączy dużą powierzchnię z wysoką wytrzymałością materiału. Jest chemicznie obojętny i posiada wszechstronną hydrofilową chemię powierzchni. Te właściwości czynią z nich najbardziej obiecujący nanomateriał do stosowania jako membrana i filtr w systemach oczyszczania wody w celu usunięcia zanieczyszczeń bakteryjnych i chemicznych z zanieczyszczonej wody. Należy zauważyć, że materiał nanocelulozowy ma duży potencjał w technologii oczyszczania wody. Różne rodzaje materiałów nanocelulozowych dostępnych do systemów oczyszczania wody obejmują nanokryształy celulozy (CNC) i nanowłókien celulozowych (CNF). Są to nanomateriały przypominające pręciki, których rozmiary wahają się od 100 do 2000 nm przy średnicy od 2 do 20 nm. Te długości i średnice zależą głównie od pochodzenia i drogi przygotowania do syntezy nanocelulozy. Te materiały nanocelulozowe służą do usuwania zanieczyszczeń organicznych z wody, takich jak barwniki, oleje i śladowe ilości pestycydów obecnych w wodzie. Obecnie wytwarzane są w pełni biomembrany z nanocelulozy, która służy do usuwania jonów metali takich jak Cu2+, Fe2+ itp., siarczanów, fluorków i innych związków organicznych. Ten biologiczny filtr nanocelulozowy ma więcej zalet niż konwencjonalne filtry. Nanocelulozę wytwarza się różnymi metodami, takimi jak hydroliza kwasem siarkowym i metoda mechanicznego mielenia. System oczyszczania wody opiera się głównie na zasadzie absorpcja . W celu absorpcji anionowych form metali materiały nanocelulozowe są funkcjonalizowane dodatnio naładowaną grupą kationową. Podobnie, w przypadku absorpcji kationowych form metali, materiał nanocelulozowy jest funkcjonalizowany ujemnie naładowaną grupą anionową. Materiały na bazie nanocelulozy mają ograniczenia w kosztach produkcji na dużą skalę i jej specyfice. Obecne badania opierają się na syntezie hybrydowego materiału nanocelulozowego w połączeniu z kilkoma innymi nanomateriałami w celu poprawy zdolności adsorpcyjnych.

Nanofiltr pokryty grafenem

Graphene xyz.jpg

Grafen jest uśpiony chemicznie, wytrzymały mechanicznie i nieprzepuszczalny dla gazu lub cieczy. Tak więc węgiel odgrywa ważną rolę w wytwarzaniu nanomateriałów o porowatej naturze. Membrany grafenowe, które są utworzone przez cząsteczki tlenku grafenu lub chemicznie przekształcony grafen, który jest przyklejony za pomocą nanomacierzy 2D, mają zdolność skutecznego oddzielania cząsteczek w fazie gazowej lub ciekłej. Uważa się, że nanomembrany powlekane grafenem mają większe zastosowanie w uzdatnianiu wody ze względu na swoje unikalne właściwości. Membrany grafenowe są uzyskiwane z filtracji próżniowej lub powlekania roztworem tlenku grafenu jako arkusze tlenku grafenu. Membrana nanofiltracyjna pokryta grafenem wykazywała wyższy zakres strumienia wody. Grafen osadzony w nanorurkach węglowych służących jako nanofiltry jest bardziej przydatny do odrzucania barwników w ściekach wodnych, usuwania jonów soli, a także działa jako środek przeciwporostowy. Membrany nanofiltra grafenowego posiadają skuteczność przeciwporostowy ze względu na silne wiązanie między arkuszami grafenu a białkami. Ponadto membrany nanofiltra pokryte tlenkiem grafenu pomagają w odchlorowaniu Z wody. Oprócz tego ultracienki nanofiltr pokryty grafenem jest najsilniejszym filtrem, jaki można skomercjalizować do oczyszczania wody. Membrany z tlenku grafenu mogą być stosowane w różnych formach, takich jak membrany wolne, modyfikowane powierzchniowo i grafenowe odlewane w membranach w zakresie mikro, nano lub ultrafiltrów. Wśród nich nanofiltry są bardziej wydajne do odsalania wody ze względu na swoją wytrzymałość mechaniczną i właściwości fizykochemiczne membrany. Ponadto istnieją pewne wyzwania związane z wytwarzaniem i stosowaniem nanofiltrów na bazie tlenku grafenu do odsalania wody. Wyzwania obejmują niestabilność mechaniczną, jeśli nanofiltry mają postać nanocząstek, strategię kosztową, wady powierzchni i montaż. Dlatego istnieje więcej obszarów badań w tym obszarze, nad którymi można pracować dla dobra społeczeństwa.

Elektrochemiczny filtr z nanorurek węglowych

Nanorurki węglowe zyskały wiele uwagi ze względu na ich zastosowanie jako filtr ścieków i wody. Mechaniczne, elektryczne i chemiczne właściwości nanorurek węglowych uczyniły je wyjątkowymi i idealnymi kandydatami do badań od 1990 roku. Nanorurki węglowe w połączeniu z elektrochemią okazały się najlepszą metodą oczyszczania wody i ścieków. Elektrochemia pomaga w zmniejszeniu szybkości zanieczyszczenia CNT. W przypadku CNT oparte na ultrafiltrach modyfikowanych elektrochemicznie, pomagają w dwukrotnym zmniejszeniu energii w porównaniu z niemodyfikowanymi filtrami na bazie CNT. Tak więc elektrochemiczne nanorurki węglowe zostały opracowane dzięki zaawansowanym badaniom w dziedzinie nanotechnologii i elektrochemii. Tutaj wykorzystuje się aktywność elektrochemiczną CNT. Pierwszy elektrochemiczny CNT został opracowany przez PJBritto i in., a wyniki zostały po raz pierwszy rozpoznane w 1996 r. Elektrochemiczny filtr CNT zawiera elektrody i CNT w systematycznym układzie, tak że elektrody mogą przyciągać odpady, które zatykają CNT na podstawie jego ładunków, co skutkuje wysoką wydajnością filtrowanie i wydłużenie czasu życia CNT w procesie. Elektrochemiczne nanorurki węglowe można łatwo wykorzystać do usuwania barwników opartych na grupach aminowych ze ścieków. Chen i in. jako pierwsi opisali absorpcję barwników na ścianach CNT przez silne wiązania kowalencyjne. Te elektrochemiczne CNT mogą być zwykle używane do filtrowania i recyklingu ścieków. Obecnie istnieje wiele niezapowiedzianych postępów w czujnikach elektrochemicznych opartych na CNT i są one intensywnie badane, aby wprowadzić ich zastosowania do systemów biomedycznych.

Zdrowie i bezpieczeństwo

Główny artykuł: Zagrożenia dla zdrowia i bezpieczeństwa związane z nanomateriałami

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanotechnology_for_water_purification&oldid=1091983981 ”