طبق ضابطه اسمز- آشنايي با مفاهيمقبل از بررسي نقش فناوري‌نانو در فيلترها، اجازه دهيد ابتدا با بعضي مفاهيم در اين زمينه آشنا شويم. دستگاه تصفيه آب
1. فيلتر چيست؟
فيلترها موادي متخلخلي هستند كه در فرآيند جداسازي يا تغليظ مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مهم‌ترين ويژگي فيلترها، داشتن خلل و فُرج‌هايي با اندازه و ابعاد مشخص است، به همين دليل، فيلتر را يك محيط متخلخل مي‌نامند. سوراخها درصد بسيار زيادي از حجم فيلتر را دربرمي‌گيرند و شبكه پيچيده‌اي از حفره‌ها را مي‌سازند. فيلترها مي‌توانند از جنس پليمـر و يا سراميك باشند.
2. تعريف فيلتركردن يا فيلتراسيون
فيلتركردن يا فيلتراسيون، فرآيندي است كه در آن يك مايع و يا گاز (سيال) به دليل اختلاف فشار يا اختلاف پتانسيل الكتريكي و يا اختلاف غلظت از فيلتر عبور مي‌كند. با انجام عمل فيلتراسيون ذراتي كه از اندازه حفره‌هاي فيلتر كوچكتر هستند از آن عبور كرده و ذرات با اندازه بزرگتر، از سيال جدا شده و در پشت فيلتر مي‌مانند.
nanofiltration_filters نانوفيلتراسيون3. عوامل مؤثر در فيلتراسيون
دو عامل كه در انتخاب نوع فيلتر و كاركرد آن مؤثر مي‌باشد عبارت است از:
3-1- اندازه حفره‌هاي فيلتر
همان‌طور كه گفته شد موادي با اندازه بزرگتر از حفره‌هاي فيلتر، در پشت آن باقي مي‌مانند و عبور نمي‌كنند، در نتيجه، براي جداسازي ذرات با اندازه مشخص بايد از فيلترهاي مناسب استفاده كرد.
3-2- مقدار ذراتي كه در پشت فيلتر باقي مي‌مانند
ذراتي كه در پشت فيلتر باقي مي‌مانند به مرور زمان و با استفاده مداوم از فيلتر بيش‌تر مي‌شوند. اين مسئله مي‌تواند باعث مسدود شدن روزنه‌هاي فيلتر شود. به اين دليل، بايد بعد از مدت زمان مشخصي، فيلتر را تعويض، و يا آن را پاك‌سازي نمود. اين مسئله كه به گرفتگي فيلتر معروف مي‌باشد از اهميت زيادي برخوردار است. زيرا تعويض و يا حتي تميزكردن فيلتر هزينه‌بر است.
4. انواع فيلتراسيون
4-1- ميكروفيلتراسيون
ميكروفيلتراسيون فرآيندي است كه براي جداسازي ذرات، جامدات معلق كوچك و موادي ديگر مثل باكتري‌ها، كيست‌ها، مولكول‌هـا و ذراتي بزرگتر از 2/0 ميكرون استفاده مي‌شود.
4-2- آلترافيلتراسيون
در اولترافيلتراسيون مولكول‌هايي بزرگتر از 005/0 ميكرون جدا مي‌شوند. ابعاد حفره‌هاي فيلتر بين 2 تا 50 نانومتر است. اين فرآيند براي جداسازي و تغليظ مواد كلوئيدي و سوسپانسيوني به كار مي‌رود.
4-3- اسمز معكوس
اسمز معكوس فرآيندي است كه آب در اثر اختلاف فشار از يك غشاي نازك عبور مي‌كند تا محتويات و مواد معدني شامل نمك، ويروس‌ها، سموم و ساير تركيبات آلوده غير آلي را جدا كند و اتمها و مولكول‌هايي در مقياس كوچكتر از 001/0 ميكرون را در محدوده يوني جدا مي‌كند. اسمز معكوس تكنيكي است كه در دياليز طبي هم از آن استفاده مي‌شود. دياليز مورد استفاده افرادي است كه مشكل كليوي دارند. كليه‌ها باعث تصفيه خون شده، مواد زائد مثل اوره و آب را از خون جدا، و به شكل ادرار از بدن خارج مي‌كنند. يك دستگاه دياليز به تقليد از عملكرد كليه‌ها، كار مي‌كند. خون از بدن عبور كرده، وارد دستگاه دياليز شده و از فيلتر اسمزي عبور مي‌كند تا مواد زائد از آن جدا شود و خون تصفيه شده دوباره به بدن برگردد.
4-4- نانوفيلتراسيون Nanofiltration
ابعاد حفره‌هاي نانوفيلتر بين 5/0 تا 2 نانومتر است. روش نانوفيلتراسيون طي چند سال گذشته رونق گرفته است. در نانوفيلتراسيون جداسازي بر اساس اندازه مولكول صورت مي‌گيرد. اساساً اين روش، جهت حذف اجزاي آلي نظير آلوده‌كننده‌هايي در اندازه ميكروني و يون‌هاي چند ظرفيتي مي‌باشد. از ديگر كاربردهاي نانوفيلتراسيون مي‌توان به حذف مواد شيميايي كه به منظور كشتن موجودات مضر به آب اضافه شده‌اند، حذف فلزات سنگين مانند جيوه، تصفيه‌ي آب‌هاي مصرفي، رنگ‌زدايي و حذف آلوده‌كننده‌ها اشاره كرد. نانوفيلتراسيون مي‌تواند تقريباً از هر منبع آبي، آب پاك به وجود آورد و تمام باكتري‌هاي موجود در آب را حذف كند.
5. كاربرد فيلترها
5-1- صنعت آب و فاضلاب
آب يكي از ضروري‌ترين عناصر حيات بر روي زمين است و اگر چه بيش از 70 درصد از سطح كره زمين با آب پوشيده شده است اما، كمتر از 3 درصد آن آب شيرين مي‌باشد. از اين مقدار 79 درصد به قله‌هاي يخي تعلق دارد، 20 درصد آن آب‌هاي زيرزميني است كه به راحتي قابل دسترس نمي‌باشند و فقط 1 درصد آن شامل درياچه‌ها و رودخانه‌ها و چاه‌ها مي‌باشد كه بهراحتي به دست مي‌آيد. فرآيند پاك‌سازي و تصفيه آب بسيار طولاني و زمان‌بر است. يكي از مراحل تصفيه آب جداكردن آلاينده‌ها از آب مي‌باشد كه در اين مرحله از فيلتراسيون استفاده مي‌شود.
5-2- صنايع غذايي
صنعت لبنيات، آب‌ميوه و صنايع ديگري كه در حوزه صنايع غذايي قرار مي‌گيرند، يكي ديگر از مصرف‌كنندگان اصلي فرآيند فيلتراسيون محسوب مي‌شوند. به طور مثال، سيستم‌هاي آلترافيلتراسيون در توليد پنير استفاده مي‌شوند، هم‌چنين از سيستم‌هاي فيلتراسيون در پاستوريزاسيون و هموژنيزاسيون نيز استفاده مي‌شود.
امروزه بوسيله آلترافيلتراسيون توانسته‌اند اجزاي شير را تغليظ نموده و به طور جزء به جزء جداسازي نمايند. اين امر موجب شده است تا بتوان محصولات جديدي مطابق با نياز هاي مصرف كننده به بازار عرضه نمود.
5-3- صنايع داروسازي
توليد دارو با سيستم‌هاي مختلفي انجام مي‌شود. داروي توليد شده، نياز به خالص‌كردن دارد و اهميت خالص‌سازي دارو كمتر از توليد دارو نيست. به طوري كه توليد دارو 30 درصد از هزينه‌هاي دارو را دربرمي‌گيرد، در حالي كه 70 درصد هزينه‌ها، صرف خالص‌سازي دارو مي‌شود. مهم‌ترين مرحله خالص‌سازي، فرآيند فيلتراسيون مي‌باشد. در خالص‌سازي ِ داروها از فرآيندهايي مانند دياليز، ميكروفيلتراسيون و نانوفيلتراسيون استفاده مي‌شود.
5-4- تصفيه هوا و خالص‌سازي گازها
يكي از كاربردهاي اصلي فرآيند فيلتراسيون تصفيه هوا و يا توليد گازهاي خالص، مانند اكسيژن خالص و نيثروژن خالص مي‌باشد كه اين گازها كاربردهاي صنعتي زيادي دارند. در فرآيندهايي كه براي توليد اكسيژن و نيتروژن خالص به كار برده مي‌شود، از فيلتر استفاده مي‌شود.
يك مثال آشنا از كاربرد فيلترها براي تصفيه هوا، ماسك‌هاي صورت ميباشند. ماسك‌هاي معمولي كه بيش‌تر در روزهاي آلوده از آنها استفاده مي‌كنيم، نوعي فيلتر دارند كه به ذرات معلق هوا اجازه عبور نمي‌دهند و به اين ترتيب مانع رسيدن آلودگيها به مجاري تنفسي ما مي‌شوند .
6. نتيجه‌گيري
با توجه به مطالب گفته شده، اهميت فيلترها و فرآيند فيلتراسيون مشخص مي‌شود. در اين زمينه استفاده از فناوري نانو و ساخت نانوفيلترها براي جداسازي ذرات بسيار ريز از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.
چهارشنبه ۲۷ دی ۹۶ | ۰۹:۵۰ ۱۷ بازديد
تا كنون نظري ثبت نشده است