Нанотехнологии очистки воды

На рынке имеется множество очистителей воды, в которых используются различные методы, такие как кипячение , фильтрация , дистилляция , хлорирование , осаждение и окисление . В настоящее время нанотехнологии играют жизненно важную роль в методах очистки воды. Нанотехнология — это процесс манипулирования атомами в наномасштабе. В нанотехнологиях наномембраны используются с целью смягчения воды и удаления таких загрязнений, как физические, биологические и химические. В нанотехнологиях существует множество методов, в которых наночастицы используются для обеспечения безопасной питьевой воды с высоким уровнем эффективности. Некоторые методы стали коммерциализированы.

Для улучшения процессов очистки или обработки воды нанотехнологии предпочтительны множество различных типов наноматериалов . В процессах очистки воды используется или наночастиц. Нанотехнологии полезны в отношении восстановления, опреснения , фильтрации, очистки и очистки воды.

Основные особенности, которые делают наночастицы эффективными для очистки воды:

• Больше площади поверхности
• Малый объем
• Чем больше площадь поверхности и объем, тем частицы становятся прочнее, стабильнее и долговечнее.
• Материалы могут изменять электрические, оптические, физические, химические или биологические свойства на наноуровне.
• Облегчает химические и биологические реакции.

Современные коммерческие очистители воды, использующие нанотехнологии, включают бутылку LifeSaver , канистру Lifesaver Jerrycan, Lifesaver Cube, Nanoceram и NanoH2O.

Система очистки воды на основе наноцеллюлозы

Возобновляемый материал на основе наноцеллюлозы сочетает в себе большую площадь поверхности и высокую прочность материала. Он химически инертен и обладает универсальным гидрофильным химическим составом поверхности. Эти свойства делают их наиболее перспективным наноматериалом для использования в качестве мембран и фильтров в системах очистки воды для удаления бактериальных и химических загрязнений из загрязненной воды. Отмечается, что наноцеллюлозный материал имеет высокий потенциал в технологии очистки воды. Различные типы наноцеллюлозных материалов, доступных для систем очистки воды, включают нанокристаллы целлюлозы (CNC) и нанофибриллы целлюлозы (CNF). Это стержнеобразные наноматериалы размером от 100 до 2000 нм и диаметром от 2 до 20 нм. Длина и диаметр в основном зависят от происхождения и способа получения наноцеллюлозы. Эти наноцеллюлозные материалы используются для удаления органических загрязнителей из воды, таких как красители, масла и следы пестицидов, присутствующие в воде. В настоящее время изготавливаются полностью биологические мембраны с использованием наноцеллюлозы, которые используются для удаления ионов металлов, таких как Cu2+, Fe2+ и т. д., сульфатов, фторидов и других органических соединений. Этот наноцеллюлозный фильтр на биологической основе имеет больше преимуществ по сравнению с обычными фильтрами. Наноцеллюлозу получают различными методами, такими как гидролиз серной кислоты и метод механического измельчения. Система очистки воды в основном основана на принципе поглощение . Для поглощения анионных металлов наноцеллюлозные материалы функционализированы положительно заряженной катионной группой. Аналогичным образом, для поглощения катионных частиц металлов наноцеллюлозный материал функционализируется отрицательно заряженной анионной группой. Материалы на основе наноцеллюлозы имеют ограничение по стоимости при крупномасштабном производстве и свою специфику. Текущие исследования основаны на синтезе гибридного наноцеллюлозного материала в сочетании с рядом других наноматериалов для улучшения адсорбционной способности.

Нанофильтр с графеновым покрытием

Графен химически стабилен, механически прочен и непроницаем для газов и жидкостей. Таким образом, углерод играет важную роль в создании наноматериалов пористой природы. Графеновые мембраны, образованные молекулами оксида графена или химически преобразованным графеном, склеенным с помощью двумерных наномассивов, обладают способностью эффективно разделять молекулы в газовой или жидкой фазе. Говорят, что наномембраны с графеновым покрытием более применимы при очистке воды благодаря своим уникальным свойствам. Графеновые мембраны получают путем вакуумной фильтрации или нанесения покрытия из раствора оксида графена в виде листов оксида графена. Мембрана для нанофильтрации с графеновым покрытием показала более высокий диапазон потока воды. Графен, встроенный в углеродные нанотрубки и служащий нанофильтрами, более полезен для удаления красителей из сточных вод, удаления ионов солей, а также действует как средство против обрастания. Мембраны графеновых нанофильтров обладают эффективным средством против обрастания благодаря прочной связи между листами графена и белками. Кроме того, мембраны нанофильтров с покрытием из оксида графена помогают в дехлорирование воды. В дополнение к этому, ультратонкий нанофильтр, покрытый графеном, является наиболее мощным фильтром, который может быть коммерциализирован для очистки воды. Мембраны из оксида графена могут использоваться в различных формах, таких как свободные, поверхностно-модифицированные и графеновые мембраны, отлитые в виде микро-, нано- или ультрафильтров. Среди которых нанофильтры более эффективны для опреснения воды благодаря механической прочности и физико-химическим свойствам мембраны. Кроме того, существуют некоторые проблемы при изготовлении и применении нанофильтров на основе оксида графена для опреснения воды. Проблемы включают механическую нестабильность, если нанофильтры имеют форму нанолистов, стратегию затрат, дефекты поверхности и сборку. Таким образом, в этой области исследований есть больше возможностей для работы на благо общества.

Электрохимический фильтр из углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки привлекли большое внимание благодаря их использованию в качестве фильтров для сточных вод и воды. Механические, электрические и химические свойства углеродных нанотрубок сделали их уникальными и идеальными кандидатами для исследований с 1990 года. Углеродные нанотрубки в сочетании с электрохимией оказались лучшим методом очистки воды и сточных вод. Электрохимия помогает снизить скорость загрязнения УНТ. В случае УНТ ультрафильтров на основе , модифицированных с помощью электрохимии, потребление энергии снижается в два раза по сравнению с фильтрами на основе немодифицированных УНТ. Таким образом, электрохимические углеродные нанотрубки были разработаны благодаря передовым исследованиям в области нанотехнологий и электрохимии. Здесь используется электрохимическая активность УНТ. Самая первая электрохимическая УНТ была разработана П. Дж. Бритто и др., и результаты были впервые признаны в 1996 году. Электрохимический фильтр УНТ содержит электроды и УНТ в систематической установке, так что электроды могут притягивать отходы, которые засоряют УНТ из-за их зарядов, что приводит к высокая эффективность фильтрации и продление срока службы УНТ в процессе. Электрохимические углеродные нанотрубки можно легко использовать для удаления красителей на основе аминогрупп из сточных вод. Чен и др. впервые сообщили о поглощении красителей стенками УНТ за счет прочных ковалентных связей. Эти электрохимические УНТ обычно можно использовать для фильтрации и переработки сточных вод. В настоящее время существует множество необъявленных достижений в области электрохимических датчиков на основе УНТ, и они активно исследуются с целью их применения в биомедицинских системах.

Здоровье и безопасность

Основная статья: Опасность наноматериалов для здоровья и безопасности

См. также

• Наноструктура
• Нанотопография
• ЖизньСолома
• Нанофильтрация
• Тата Свач
• Рогатка (система дистилляции водяного пара)
• сумка Millbank
• Наноремедиация
• Список приложений нанотехнологий
• Наноматериалы
• Нанотехнологии
• Ультрафильтрация
• Обратный осмос

Внешние ссылки

• Очистка воды с использованием нанотехнологий (NEWT) - Центр исследований наносистемной инженерии, финансируемый NSF
• Проект ETAP-ERN, использующий возобновляемые источники энергии для опреснения воды . (на испанском языке)
• Нано-методы улучшения качества воды - Техническое письмо Hawk's Perch, LLC
• Майкл Притчард: Как сделать грязную воду питьевой , выступление на TED
• Безопасность промышленных наноматериалов: Директорат по окружающей среде ОЭСР
• Оценка рисков для здоровья, связанных с наноматериалами , резюме GreenFacts оценки SCENIHR Европейской комиссии
• Лаборатория текстильных нанотехнологий Корнельского университета
• Статья на сайте IOP.org
• Наноструктурированный материал
• Онлайн-курс MSE 376-Наноматериалы Марка К. Херсама (2006 г.)