آلاینده‌های زیستی در دام نانو جاذب‌ها

با توجه به الزامات زیست‌محیطی و استانداردهایی که در این زمینه تدوین شده، وقتی این کارخانه‌ها می‌خواهند پساب‌هایشان را در محیط زیست رها کنند باید مقدار نیتریت موجود در این پساب‌ها را به حد استاندارد برسانند.

بدیهی است حذف آلاینده‌های زیست‌محیطی از اهمیت زیادی برخوردار باشد. در گذشته برای حذف این گروه از آلاینده‌ها از روش‌های وقت‌گیر و گرانقیمت استفاده می‌شد که این ویژگی‌ها محدودیت‌ هایی ایجاد می‌کرد.

از این رو طرح تحقیقاتی جدیدی در پژوهشگاه صنعت نفت مورد توجه قرار گرفت که به سنتز نانو جاذب‌ های اختصاصی برای انواع مختلف آلاینده‌های زیست‌محیطی اختصاص دارد.

دکتر طاهره پورصابری، رئیس گروه پژوهش، تجزیه و ارزیابی مواد پژوهشگاه صنعت نفت در اشاره به ویژگی منحصربه‌فرد نانو مواد می‌گوید: ما با توسعه علم نانو تصمیم گرفتیم از ویژگی‌های نانو ذرات برای به دام انداختن این آلاینده‌ها و حذف آنها از پساب استفاده کنیم. یکی از ویژگی‌های نانومواد این است که سطح گسترده‌ای دارد و استفاده از آن در حجم بسیار کم هم می‌تواند ما را به نتیجه مطلوب برساند. در صنعت به کمک مقدار کمی از نانو جاذب‌ها می‌توانیم حجم قابل توجهی از این آلاینده‌ها را به دام اندازیم. به این ترتیب سنتز نانو جاذب‌ها را به عنوان یک طرح پژوهشی در دستور کار قرار دادیم، اما یکی از محدودیت‌ها و مشکلاتی که پس از ساخت این نانو جاذب‌ها با آن مواجه شدیم این بود که چگونه می‌توانیم این نانو مواد را در مرحله بعدی از محیط خارج کنیم.

رئیس گروه پژوهش، تجزیه و ارزیابی مواد همچنین می‌افزاید: برای جداسازی نانو مواد می‌توان از فیلتر استفاده کرد. روش دیگر این است که می‌توان از طریق سانتریفیوژ نانو مواد را از محیط خارج کرد. از آنجا که نانو مواد ساختار بسیار کوچکی دارد و از خیلی فیلترها براحتی عبور می‌کند، استفاده از این روش نمی‌توانست راهکار مناسبی برای خروج نانو جاذب‌ها از محیط باشد.

سانتریفیوژ نیز روشی زمانبر است و محدودیت‌های خودش را دارد و به این نتیجه رسیدیم که اگر بتوانیم به نانو ذرات، خواص مغناطیسی القا کنیم می‌توانیم به آسانی و به کمک یک آهن‌ربا آن را از محیط جدا کنیم.

علاوه بر این پس از جداسازی نانو ذرات می‌توانیم باز هم از این جاذب‌ها برای به دام انداختن نیتریت استفاده کنیم. نتیجه آزمایش‌ها و بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد ویژگی نانو جاذب‌ها حتی پس از پنج بار استفاده مجدد تغییر چندان زیادی ندارد. در این فرآیند چیزی از دست نمی‌دهیم.

همچنین زمان جداسازی نیتریت از پساب نیز به‌مراتب کاهش پیدا می‌کند. در این طرح پژوهشی برای جداسازی نیتریت از نانو جاذب‌های مغناطیسی اکسید آهن استفاده کردیم. این نانو جاذب به طور اختصاصی نیتریت را از محیط جدا می‌کند و روی دیگر آلاینده‌ها اثر چندانی ندارد.

علاوه بر پساب کارخانه‌های تولیدکننده سوسیس و کالباس می‌توان در هر جای دیگری که ردپایی از نیتریت در آن یافت شود از این نانو جاذب‌ها استفاده کرد که مورد تائید سازمان پژوهش‌های صنعتی قرار گرفته است.

با توجه به کارایی این نانو جاذب‌ها تصمیم گرفتیم برای حذف اختصاصی دیگر آلاینده‌های زیست‌ محیطی نیز از نانو جاذب‌های دیگری استفاده کنیم.

از آنجا که این روزها استفاده از گرافن در بسیاری از زمینه‌ها مورد توجه قرار گرفته برای ساخت نانو جاذب بعدی گرافن انتخاب شد بنابراین در مراحل بعدی پس از سنتز نانو گرافن آن را مغناطیسی کردیم. گرافن ساختار سه‌بعدی دارد، بنابراین می‌توان از حجم کمتر آن استفاده کرد.

از این نانو جاذب برای حذف جیوه بهره بردیم. این دومین نانو جاذبی است که در گروه پژوهش تجزیه و ارزیابی مواد این پژوهشگاه سنتز شده و اکنون در سازمان پژوهش‌های صنعتی در حال بررسی است تا مورد تائید قرار گیرد. پورصابری می‌افزاید، در ادامه این پژوهشگاه قصد دارد پس از مذاکره با ستاد توسعه نانو فناوری این نانو جاذب‌ها را به تولید انبوه برساند.

به دنبال ردپای گوگرد عنصری

یکی از دیگر طرح‌های مطرح در گروه پژوهش تجزیه و ارزیابی مواد پژوهشگاه صنعت نفت، تدوین روشی برای اندازه‌گیری میزان کل گوگرد عنصری در نمونه‌های گاز طبیعی یکی از میادین گازی کشور است. در دنیا فقط دو کشور کانادا و چین امکان تجزیه و آنالیز گوگرد عنصری را دارند.

خوشبختانه محققان کشور موفق شده‌اند دانش فنی این کار را در کشور توسعه دهند. به گفته پورصابری، گوگرد عنصری نه‌تنها به ایجاد خوردگی در لوله‌ها منجر می‌شود، بلکه می‌تواند موجب مسدود شدن خطوط لوله نیز شود.

اگر بخواهیم در یک میدان نفتی، پالایشگاهی راه‌اندازی کنیم، مقدار گوگرد عنصری به عنوان یکی از فاکتورهای اصلی باید اندازه‌گیری شود. دستیابی به این توانایی در کشور نه‌تنها می‌تواند راهکاری برای جلوگیری از خروج ارز از کشور باشد بلکه مسأله مهم دیگر این است که وقتی کپسول‌های نمونه‌برداری شده از میادین گازی برای تجزیه و آنالیز به کشورهای کانادا و چین فرستاده می‌شود، کارفرما نمی‌تواند هنگام آنالیز نمونه حضور داشته باشد، اما وقتی این کار در کشور انجام شود، نماینده کارفرما در جریان کار قرار می‌گیرد.

وقتی می‌خواهند در یک منطقه، پالایشگاهی راه‌اندازی کنند باید نسبت به ترکیب گازهایی که از چاه نفت خارج می‌شود، یک دید کلی وجود داشته باشد. گوگرد عنصری یا همان S8 ترکیبی است که در آن هشت گوگرد به هم متصل شده و حلقه گردی را تشکیل می‌دهند.

در فشار و دمای زیاد چاه وجود گوگرد عنصری مشکلی ایجاد نمی‌کند، اما وقتی گاز استحصال می‌شود، به تبع آن فشار و دمای محیط نیز کاهش می‌یابد و گوگرد عنصری در چنین شرایطی کلوخه می‌شود.

کلوخه شدن گوگرد می‌تواند تبعاتی به همراه داشته باشد که از آن جمله می‌توان به گرفتگی لوله‌های نفتی در مسیر اشاره کرد که در طراحی پالایشگاه، محدودیت‌ها و مشکلاتی ایجاد می‌کند.

پورصابری از دستیابی به این توانمندی در پژوهشگاه صنعت نفت خبر داده و می‌گوید: در فاز اول این پروژه، این گروه پژوهشی مقداری گوگرد عنصری آنالیز می‌شود. در مراحل بعدی باید حلال مناسبی انتخاب کرد که بتواند گوگرد را در خود حل کند. ما در کشور چند میدان گازی داریم که این مشکل را دارند، اما یک میدان گازی مشترک را انتخاب کرده‌ایم. کشوری که زودتر به فناوری استحصال گاز دسترسی پیدا کند برنده است. این روش می‌تواند مشکل گوگرد عنصری در این میدان گازی مشترک را از میان بردارد. اگر این مشکل برطرف نشود بنیان پالایشگاهی که قرار است در این میدان احداث شود از اساس اشتباه خواهد بود و ما را به موفقیت نمی‌رساند.

نگاهی به فعالیت‌های گروه پژوهش تجزیه و ارزیابی مواد

گروه پژوهش تجزیه و ارزیابی مواد یکی از گروه‌های پژوهشی زیرمجموعه پردیس انرژی و محیط زیست است که به عنوان یکی از آزمایشگاه‌های معتمد سازمان حفاظت محیط زیست معرفی شده است. این گروه، خدمات علمی و آزمایشگاهی متعدد به صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی ارائه می‌کند.

نمونه‌برداری و آنالیز نمونه‌های گازی، آنالیز بیومارکرها یا نشانگرهای زیستی به منظور منشایابی آلودگی‌ها، آنالیز آلودگی‌های زیست‌محیطی و همچنین آنالیز نمونه‌های گمرگی به منظور تشخیص سوخت‌های سوبسیددار در کامیون‌هایی که سوخت حمل می‌کنند از دیگر توانمندی‌های این گروه است.

از مهم‌ترین طرح‌های تحقیقاتی در این گروه پژوهشی می‌توان به طرح تهیه شناسنامه منابع گازی تعیین شده از سوی مدیریت نظارت بر تولید نفت و گاز اشاره کرد.

آنالیز گازهای همراه و ارزیابی نتایج حاصل به منظور استفاده از طرح خاموش‌سازی مشعل‌ها از دیگر طرح‌های تحقیقاتی این مرکز است. گازهای همراه، گازهایی است که از منابع نفتی ساطع می‌شود.

در حالت طبیعی این گازها سوزانده می‌شود. در گروه پژوهش تجزیه و ارزیابی مواد از این گازها نمونه‌برداری می‌شود و پس از آنالیز نمونه، می‌توان نتیجه‌گیری کرد آیا این مشعل مقرون به صرفه است که خاموش شود یا می‌توان گازهای همراه آن را جمع‌آوری کرد و به عنوان خوراک در پالایشگاه‌ ها مورد استفاده قرار داد.

یکی از دیگر طرح‌های پژوهشی این گروه که اکنون در حال انجام است، بررسی مشخصات فیزیکی و شیمیایی ترکیبات موجود در گازها و مایعات گازی فوق ترش چاه‌های ژوراسیک مسجد سلیمان است.

در این چاه‌ها 15 تا 25 درصد حجمی گازها را H2S تشکیل می‌دهد که منبعی غنی از گوگرد است. از این گاز گوگرد در تهیه انواع مختلفی از کودهای گوگردی و اسید سولفوریک استفاده می‌شود. در حقیقت این مرکز درصد H2S موجود در این چاه‌ها را تعیین می‌کند تا بر این اساس بتوان نتیجه‌گیری کرد از این گاز به عنوان خوراک در چه زمینه‌ای می‌توان استفاده کرد.

فرانک فراهانی‌جم -‌ گروه دانش