راز پاکی آب در دل یک ذره

طی چند ساله اخیر مراکز تحقیقاتی کشورمان شاهد پیشرفت های چشمگیری در زمینه علمی نوین تحت عنوان نانوتکنولوژی بوده است. به گونه ای که توجه مسوولان نیز به توسعه دانش شناخت و تولید ذره هایی به اندازه یک میلیاردم مترجلب شده است.

کد خبر: ۸۰۶۸۹

علم شناخت نانو از آن مقوله هایی است که کاربرد وسیعی در عرصه های گوناگون زندگی بشر از علوم پزشکی گرفته تا صنعتی چون الکترونیک ، رنگ سازی و غیره دارد.
چرا که ذرات بسیار ریز نانویی با حجم کمتر و توان بالاتر در زمینه های مختلف صنعتی می تواند بازدهی بیشتری را به دنبال داشته باشند.
با این حال ، محققان کشور پس از معرفی نانوتکنولوژی و کاربردهای آن ، هم اکنون درصدد هستند به ساخت ابزار اندازه گیری این ذرات نایل شوند و پس از گذراندن فازهای تولیدی پیش صنعتی و نیمه صنعتی به مرحله تولید صنعتی ذرات نانویی دست یابند.
در این رهگذر محققان پژوهشکده صنعت نفت کشور به عنوان پیشگامان تحقیقاتی در زمینه نانو، درقالب طرحی موفق به تولید نانو ذرات آهن و اکسید آهن به منظور رفع آلودگی های زیست محیطی در رودخانه ها شده اند.
ما نیز به این بهانه با دکتر باقر مهاجرانی ، رئیس پژوهشکده شیمی و پتروشیمی پژوهشکده صنعت نفت به گفتگو نشسته ایم.

اصولا نانو ذرات فلزی چه هستند و چه کاربردهایی دارند؛
این ذرات عناصر یا ذرات فلزی و یا اکسیدهای فلزی در ابعاد نانومتر یعنی یک میلیاردم متر هستند. در واقع عناصر یا اکسیدهای فلزی وقتی به روشهای فیزیکی یا شیمیایی به اندازه نانویی برسند، نانو ذرات فلزی نامیده می شوند. همچون نانو ذره نقره ، کبالت ، اکسید تیتانیوم ، اکسید آهن و نظایرآن.
همان طورکه نانو ذرات متنوع هستند کاربرد آنها هم متنوع است و صرفا بحث کاربردشان در موارد زیست محیطی مطرح نیست.
نانو ذره نقره که تنها نانو ذره فلزی است که در دنیا به تولید تجاری رسیده است ، داخل یخچال ها و ماشین های لباسشویی به عنوان پوشش قطعات داخلی به کار می رود و خاصیت آنتی باکتریال را به این وسایل می بخشد. همچنین از اکسید آهن و اکسید تیتانیم در رنگسازی استفاده می شود.
در عین حال ، نانو ذرات آهن و اکسید آهن در بحثهای الکترونیک به عنوان ذرات مغناطیسی کاربرد دارند. مزیت استفاده از محصولات نانویی نیز تولید محصولات صنعتی در سطح بیشتر با مقدار کمتر از این ذرات ریز و البته با صرف هزینه کمتر است.
به این ترتیب می توان محصولاتی با کیفیت برتر را در واحدهای صنعتی کوچک تر و به قیمت ارزان تر تولید کرد.

با خبر شدیم که نانو ذرات آهن و اکسید آهن به منظور رفع آلودگی های زیست محیطی در پژوهشگاه ساخته شده است ، کاربرد این ذرات در تصفیه پساب واحدهای صنعتی از چه روی اهمیت دارد؛
اصولا در تصفیه پساب واحدهای صنعتی که حاوی جیوه یا نیترات ها هستند از ذرات آهن و اکسید آهن در اندازه های بزرگ تر از نانو استفاده می شود؛ چرا که جیوه و نیترات موجود در پسابها به روش آمالگام و از طریق ذرات آهن تجزیه می شوند.با این حال ما در پژوهشگاه دراولین قدم از ساخت نانو ذره آهن به این فکر افتادیم تا در هر مکانی که از ذرات یا پودرهای آهن استفاده می شده ، از نانوی آن استفاده شود.
به همین دلیل نمونه برای حذف جیوه و نیترات از یک محیط آلوده مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج ارزیابی ها بسیار رضایت بخش بود.
در واقع در قالب طرحی و از سوی یک تیم 7نفره طی 8ماه تلاش مستمر برای انجام مرحله آزمایشگاهی کار پشت سرگذاشته شد که خوشبختانه با گذراندن این مرحله ، فاز افزایش مقیاس نیز در دست کار این گروه قرار گرفته است.

برای ساخت نانو ذرات فلزی از چه تکنیک هایی بهره گرفته شده است؛
نانو ذرات فلزی به روش فیزیکی و شیمیایی ساخته می شوند. در روش فیزیکی ، عناصر فلزی را آسیاب می کنند و از الکهای مختلف عبور می دهند تا به اندازه مورد نظر برسند.
در روش شیمیایی یا عناصر فلزی به شکل گاز در می آیند، سپس سرد شده و رسوب می کنند و یا همچون روش استفاده شده در طرح ما در یک محیط مایع و با کمک انواع مواد فعال سطحی ، نانو ذره را به صورت اکسید رسوب داده ، جداسازی و فیلتراسیون می کنند.

آیا نانو ذرات آهن قادر به رفع تمام آلودگی های زیست محیطی رودخانه ای هستند؛
خیر، این ترکیبات یا عناصر در مقیاس نانو، بر روی تمام آلودگی های صنعتی که وارد رودخانه ها و یا دریاها می شوند، تاثیرگذار نیستند.
به عنوان مثال در پسابهای صنعتی حاوی جیوه می توان از نانو ذره آهن استفاده کرد و آن را تبدیل به آمالگام جیوه کرد که قابل جداسازی است.
یا نیترات ها که می توان آنها را به 2Nیا گاز ازت و املاح آهن تبدیل کرد. همچنین بعضی ازترکیبات کلره نیزتوسط این ذرات قابل تجزیه شدن هستند. (مانند سموم کلره ، هیدروکربن های کلره و کلرواتیلن ها)

آیا این ذرات نانویی تبعات زیانبار دیگری را برای محیط زیست ایجاد نمی کند؛
مساله اینجاست که وقتی هدف حذف جیوه از پساب صنعتی است، کاربرد آهن اهمیت می یابد، به طبع کاربرد نانو ذرات آهن که درمقیاس بهتر از ذرات بزرگ تر آهن در مقیاس های میلی متری یا میکرونی این کار را انجام می دهد.
ولی این که آیا این نانو ذرات می توانند مشکلات جدیدی ایجاد کنند یا نه ، سوالی است که تاکنون به آن پاسخ قطعی داده نشده است ؛ چراکه ما در بحث نانو تازه در ابتدای راه هستیم و در واقع تمام علوم جدید برای اثبات تبعات شان نیازمند تحقیقات بیشتری هستند.

آیا با توجه به موفقیت فوق می توانیم ادعا کنیم که به ساخت نانو ذرات نائل آمده ایم؛
همان طور که اشاره شد، ما در تکنولوژی نانو در ابتدای راه هستیم ؛ ولی تلاش همه جانبه در پژوهشگاه در حال انجام است و در زمینه های مختلف در حال سنتز، ارزیابی و بررسی های کاربردی این مواد و مواد جدید در مقیاس نانو هستیم.
کما این که بجز آهن اکسید تیتانیوم (Tio2) نیز در رفع آلودگی های زیست محیطی مثل تصفیه پسابهای صنعتی حاوی فلزات سنگین یا مواد آلی کاربرد دارد.
بنابراین هدف اول دستیابی به فناوری ساخت نانوذرات ، نانوساختارها، نانوکامپوزیت ها و بسیاری نانوهای دیگر است.
آموزش و ترویج نانوتکنولوژی و آماده سازی تجهیزات و نیروی انسانی برای کار در مقیاس نانو از اهداف دیگر پژوهشگاه است.مسلما برای اندازه گیری یک ذره فلزی در مقیاس 120نانومتر تجهیزات و وسایل خاصی لازم است ، همین طور افرادی که بتوانند در درجه اول این مواد را بسازند یا آن را اندازه بگیرند وگرنه نمی توان ادعای ساخت نانو ذرات را داشت و اینها مواردی هستند که ما باید بر آنها کار کنیم.
یعنی ما باید نیروهایی را پرورش دهیم که بتوانند با ابزاری چون پراش اشعه ایکس XRD، TEM، میکروسکوپ الکترونیکی BETبرای اندازه گیری سطح و بسیاری دستگاه های با حساسیت و قدرت تفکیک بالا کار کنند و سپس برسیم به بحث کاربردهایی که تا به حال روی آن فکر نکرده ایم.
البته ما در زمینه نانو تقریبا در سطح بقیه کشورها هستیم یعنی در زمینه هایی چون بررسی ساختارهای نانوکربنی ، اکسید تیتانیوم و فولرین ها که ترکیبات نانوکربنی کاهش دهنده مصرف بنزین هستند بسیار خوب کار کرده ایم ولیکن برای هدفدار شدن این تحقیقات باید مطالعات و تحقیقات بیشتری صورت بگیرد.

نانو ذرات ساخته شده در پژوهشگاه صنعت نفت چه برتری هایی نسبت به سایر ذرات دارند؛
در تحقیق صورت گرفته به علت حساسیت بسیار زیاد این ذرات در مقیاس نانو در مجاورت هوا و احتمال آتش گیری آن ، همزمان این ذرات پوشش دار نیز شدند که پایداری بیشتری به این ذرات خواهند داد.
قطر این ذرات بین 28 -15نانومتر اندازه گیری شده است.برتری های این ذره آهن از 2جنبه علمی و اقتصادی قابل مطرح شدن است.
قیمت نانو ذره آهن در بازار بین المللی 2برابر قیمت تمام شده داخلی است. هر 100گرم نانو ذره آهن حدود 450-500دلار، بسته به قطر ذره و تولیدکننده قیمت دارد. یعنی هر یک کیلو از این مواد حدود 5/4 - 5 میلیون تومان ارزش خواهند داشت که ما برای افزایش مقیاس تولید تا مقیاس بنج و مرحله نیمه صنعتی شدن پیش خواهیم رفت.
از نظرعلمی نیز نمونه سنتز شده بسیار پایدار در هوا و در محل مصرف اثربخش نیز بوده است. طبیعی است هر فناوری تا بلوغ کامل نیاز به بررسی های همه جانبه دارد، کما این که فناوری می تواند مضراتی نیز داشته باشد.
در واقع ، واقع بینی علمی با در نظر گرفتن تمام اثرات مثبت و منفی و سخت گرفتن در ارزیابی ها و اندازه گیری ها تا رسیدن به یک نتیجه مطلوب مواردی هستند که در تمامی فعالیت های پژوهشی مدنظرند.