Главное меню
Назад
Назад
Заказать звонок

Нанотехнология основывается на методологии широкого спектра естественных наук, что отличает ее от других технологий, которые обычно отталкивались от конкретной научной дисциплины. Это объясняется размерами, с которыми приходится работать. Нано наука включает в себя исследования и эксперименты с материей ультра мелкого размера.

Потенциал нанотехнологии в процессах очистки воды

Один нанометр - это одна миллионная миллиметра. Например, ширина простого человеческого волоса равна 80000 нанометров. Такие размеры очень сложно наглядно продемонстрировать, но если представить расстояние между Землёй и Солнцем, как один метр, тогда нанометр был бы сопоставим с футбольным полем.

Наномасштаб охватывает мельчайшие частицы, которыми мы можем манипулировать. Работа с частицами в пределах нано размера позволяет упростить "сборку" атомов и молекул в соответствии с техническим параметрами. Это больше напоминает строительство модели с помощью кубиков Лего, и мы могли бы предусмотреть свойства новых материалов или модифицировать уже существующие. В устройствах, таких как фильтры воды , это означает, что материалы могут быть приспособлены или специально настроены для фильтрации тяжелых металлов и биологических токсинов.

У материалов в наномасштабе электрические и оптические свойства часто отличаются от свойств этого же материала в микро или макромасштабе. Например, нано оксид титана более эффективный катализатор, чем оксид титана в микромасштабе. Это свойство может использоваться при водоподготовке от органических загрязняющих веществ. Но в других ситуациях маленький размер наночастиц делает материал более токсичным.

Принципиальная задача развития нанотехнологий заключается в облегчении процесса водоподготовки. Для этого надо найти техническое решение, как фильтровать загрязняющие вещества, такие как бактерии, вирусы, мышьяк, ртуть, пестициды и соли.

Многие исследователи и инженеры считают, что нанотехнологии в водоподготовке дают нам более эффективные, доступные и долговечные методы для создания таких фильтров для воды.

Производство наночастиц для очистки воды создаёт меньше выбросов в окружающую среду в отличие от традиционных методов и требует меньшего количества труда, капитала, земли и энергии.

Системы водоподготовки: история по настоящее время

Ряд устройств для очистки воды на основе нанотехнологии уже присутствует на рынке. Другие уже близки к моменту запуска в свободную продажу или еще в процессе разработки.

Нанофильтрационные мембраны уже нашли широкое применение в водоподготовке: при удалении из воды растворенных солей и микрозагрязнений, смягчения воды, а также при очистке сточных вод. Мембраны действуют как барьер, захватывающий частицы и микроорганизмы, размер которых превышает поры мембраны. Ожидается, что нанотехнологии могут улучшить процессы очистки воды с помощью мембран и снизить высокую стоимость опреснения солёной воды.

Разработчики развивают новые классы ненапористых материалов, которые более эффективны, чем обычные фильтры для воды. Например, исследования в Южной Африке показали, что нанофильтрационные мембраны могут производить безопасную питьевую воду из солоноватых грунтовых вод. Команда ученых из Индии и США разработала нанотрубчатые фильтры на основе углерода. В отличие от обычных мембран такой фильтр полностью удаляет из воды бактерии и вирусы.

Также в нанофильтрах используются аттапульгитовые глины и цеолиты естественного происхождения. Их можно найти во многих уголках мира, и они имеют природные миллимикронные поры. Изучение эффекта от использования мембран на основе аттапульгитовых глин для очистки сточных вод молочной фабрики в Алжире показало, что такие мембраны могут эффективно и экономно снизить содержание органической материи и сыворотки в сточных водах. Это позволяет безопасно использовать эту воду для питьевых нужд.

Цеолиты могут изготавливаться искусственно. Их можно использовать для выделения вредной органики из воды и удаления ионов тяжелых металлов. Ученые Австралийского научного содружества создали дешёвую синтетическую глину, гидроталцит. Она притягивает мышьяк и удаляет его из воды. Разработчики предложили новую недорогую упаковку для развивающихся стран в виде чайного пакетика. Его можно опускать в запасы бытовой воды за 15 минут перед ее употреблением. Продажа использованных пакетиков государственным органам могла бы ускорить дальнейшую утилизацию отходов и помочь с вывозом концентрированного мышьяка.

Нанокатализаторы, магниты и детекторы

Нанокатализаторы и наночастицы магнетики - это еще один пример того, как нанотехнология может сделать сильно загрязнённую воду безопасной для питья и ирригации. Нанокатализаторы обязаны своими свойствами наноразмерам или, в иных случаях, тому, что могут быть модифицированы в наномасштабе. Они могут химически разложить загрязнения вместо того, чтобы просто перемещать их в другое место, включая вещества, для которых существующие технологии или неэффективны или предельно дороги. Исследователи в Индийском институте науки в Бангалоре для этой цели используют нано диоксид титана.

Наночастицы магнетики обладают большими поверхностными областями относительно их объёма, что позволяет легко связывать их с химикатами. В оборудовании для водоподготовки они могут использоваться для связывания загрязняющих веществ, таких как мышьяк или нефть. Затем с помощью магнита загрязнения могут быть выделены из воды. Несколько компаний, которые используют такие технологии в коммерческих системах водоподготовки, часто публикуют новые открытия в этой области.

Например, учёные "Rice University" в США используют магнетик "наноржавчина" ("nanorust") для выделения мышьяка из питьевой воды. Благодаря большой поверхности наноржавчина может захватить в сто раз больше мышьяка, чем большие по размеру аналоги. Команда разработчиков проекта предполагает, что 200-500 миллиграммов наноржавчины могли бы полностью очистить литр воды. Сейчас они разрабатывают пути создания наноржавчины из недорогих бытовых изделий. Это может привести к значительному снижению себестоимости производства, что могло бы сделать наноржавчину доступным продуктом для общества развивающихся стран мира.

Нанотехнологии могут помочь обнаруживать плавающие в воде загрязняющие вещества также хорошо, как с их помощью происходит процесс водоподготовки. Исследователи разрабатывают новую технологию сенсоров, которая комбинирует микро и нанопроизводство для создания маленьких, портативных и очень точных детекторов, способных обнаруживать отдельные клетки химических и биохимических веществ в воде.

Несколько исследовательских консорциумов провели полевые испытания таких детекторов и предполагают наладить коммерческое производство уже в ближайшем будущем. Например, команда государственного университета Пенсильвании в США разработала способ обнаруживать мышьяк в воде с помощью нанопровода на силиконовом чипе.

Риски и возможности в промышленной водоподготовке

Любая оценка будущего для рынков систем водоподготовки при помощи нанотехнологий должна принимать во внимание существующие риски и возможности.

Некоторые учёные призывают активизировать исследовательскую деятельность по выявлению рисков на здоровье и окружающую среду от использования нанотехнологий в процессах водоподготовки. Например, существует проблема увеличения токсичности наноматериалов из-за улучшенной реактивности наночастиц. Их маленький размер также означает, что их трудно удерживать и, в результате, наночастицы могут попасть в окружающую среду и нанести вред водным формам жизни. Полный эффект от применения наноматериалов на заводах по водоподготовке или попадания частиц в организм при употреблении очищенной воды остаётся еще не изученным.

Но мы можем различными способами оценить риски использования активных и пассивных наночастиц. Пассивные частицы покрытия или оболочки, вероятно, являются не более опасными, чем обычные производственные процессы. Активные наночастицы могут попасть в окружающую среду, что приводит к рискам, связанным с контролем и удержанием таких частиц.

Могут ли нанотехнологии действительно помочь решить водную проблему в развивающихся странах? Существует несколько позитивных признаков. Во-первых, специалисты и учёные все больше включают в диалог локальные сообщества для решения проблем и поиска возможностей использования нанотехнологий для водоподготовки.

Во-вторых, так как коммерческое использование нанотехнологий находится еще в ранней стадии, мы можем надеяться, что диалог между исследователями, сообществами и промышленностью приведёт учёных и предпринимателей к развитию соответствующей бизнес модели для внедрения изобретений.

Фильтры для воды
Фильтрующие материалы для водоподготовки

Фильтрующие материалы для водоподготовки

От правильного выбора фильтрующих материалов в системы водоподготовки зависит качество получаемой воды. Практически все фильтрующие материалы можно условно разделить на 2 типа природные и синтетические. Первые представляют собой алюмосиликатные органические соединения, тогда как вторые полимерные.

22-09-2021
Фильтры для воды
На сколько важен питьевой режим

На сколько важен питьевой режим

Вода незаменимый источник энергии, без которого невозможно представить жизнедеятельность человека. Она спасает не только в жару и холод, но и при серьезных физических и умственных нагрузках. Об этом знает каждый, потому стремится всегда поддерживать оптимальный водный баланс в организме как на работе, так и на учебе. О том, почему это полезно и жизненно-необходимо, и как качество воды влияет на наше состояние далее.

06-05-2021
Фильтры для воды
Офис

Офис

Фильтры для воды в офисе сегодня - это грамотная организация питьевого режима, который не только обеспечит качественной питьевой водой ваших сотрудников и посетителей, но существенно сэкономит затраты на привозную воду.

05-12-2020