سلام دوست من
چندتا مقاله واست میگذارم

این سایت عالی هست
http://aftab.ir/articles/science_education/technology/c3c1164617592_nano_filter_p1.php

کاربرد نانو سنسورها در بخش لرزه‌نگارى ( Seismic ) صنایع بالادستى نفت

یکى از تکنیکهاى رایج در اکتشاف نفت و گاز ، لرزه نگارى است .لرزه نگارى عبارتست از ایجاد انفجار در نقاط مختلف روى زمین و ثبت لرزه‌هاى ایجاد شده، ساختار کلى لایه‌هاى زمین و مخزن بدست آورده مى‌شود. این فرآیند بر اساس تفاوت سرعت حرکت صوت در لایه‌هاى مختلف انجام مى‌گیرد. لرزه‌نگارى به صورت یک بعدى، دو بعدى، و سه بعدى انجام مى‌شود. از این طریق مى‌توان تشخیص داد که لایه‌هاى مختلف حاوى گاز، نفت یا آب هستند. لرزه‌نگارى چهاربعدى همان لرزه‌نگارى سه‌بعدى است که در زمان‌هاى مختلف انجام مى‌شود و از طریق آن مى­توان نحوه پیشروى سیالات مختلف را تشخیص داد.

کاربرد نانوسنسورها در این بخش

به نظر مى‌رسد با کاربرد نانوتکنولوژى در ایجاد سنسورهاى جدید مى­توان ثبت لرزه‌ها را به صورت دقیق‌تر انجام داد زیرا امکان وارد کردن نانوسنسورها در لایه‌هاى مختلف زمین و ثبت لرزه‌ها از موقعیت‌هاى متنوع‌تر وجود دارد.

در این بخش یک نوع سنسورهاى صوتى مورد استفاده قرار مى­گیرد، که ژئوفون نام دارد. این سنسورها با ثبت اطلاعات به صورت صوتى و بازیابى آن­ها پس از عملیات لرزه­نگارى مورد استفاده قرار مى­گیرند. نانوتکنولوژى مى­تواند علاوه بر پیشرفت فوق با نانوساختار کردن ژئوفون­ها به عملکرد سریع و ثبت اطلاعات صوتى دقیق­تر منجر گردد.

ونگ و مادو[1] نشان دادند که یکى از انواع سنسورهاى میکرو الکترومکانیکى کربنى کارآیى مناسبى در گستره وسیعى از بیو­مواد و مواد شیمیایى دارد. با استفاده از روش تولید این سنسورها مى­توان ساختارهاى کربنى میکروالکترومکانیکى با "ضریب طول"[2] بزرگ­تر از10 تولید کرد. [1]

باتکنیک تولید [3]C – MEMS مى­توان گستره وسیعى از MEMS ها و NEMS [4] ها با "ضریب طول" بالا که قابلیت شارژ / دشارژ شدن توسط یون Li را دارند، تولید کرد. این سیستم­ها پتانسیل تولید آرایه باترى­هایى از مواد هوشمند قابل سوئیچ را خواهند داشت. تکنیک تولید C – NEMS ها با استفاده از Nano Fabrication و با کنترل روش پیرولیز مى­باشد.

نیاز به مینیاتورى کردن ساختارها، سرعتهاى بالاتر، اتلاف حرارت بهتر، مصرف توان کمتر وسازگارى بیشتر بامحیط زیست در تولید این سنسورها باعث اقبال عمومى زیاد آنها شده است.

آقاى "جونگ­کیم"[5] از دانشگاه تگزاس در کنفرانس نانوتکنولوژى انجمن مهندسین برق آمریکا[6] تکنولوژى "شناورى مغناطیسى با دقت بالا "[7] را که در بسیارى از زمینه­هاى تحقیقاتى نانوتکنولوژى و سایر تکنولوژى­هایى که براساس اندازه­گیرى دقیق حرکات و نیروها کار مى­کنند، مورد بررسى قرار داده است. این تکنولوژى­ها شامل ساختن ساختارهاى نانومقیاس، کاربرى­ در مقیاس اتمى[8] ، سرهم­بندى میکروقطعات و آشکارسازهاى حرکات لرزه­اى مى­باشند. با توجه به کاربرد گسترده تکنولوژى مورد نظر در علوم و مهندسى نانو، کاربرد آن در فعالیت­هاى بالادستى نفت از جمله لرزه­نگارى نیز محتمل است. [2]

همچنین شرکتهاى BP و Shell نیز براى کشف و استخراج میدان­هاى جدید نفت و گاز ازتکنولوژى­هاى نانو در تصویر بردارى لرزه­اى و لرزه­نگارى چهاربعدى استفاده مى­کنند. [3]


نانوفیلترها، نانوسنسورها و مواد هوشمند:

فیلترها براساس اندازه منافذشان دسته‌بندی می‌شوند و بر این اساس به میكروفیلترها آلترافیلترها و نانوفیلترها دسته‌بندی می‌شوند. نانوفیلتراسیون در اصل فیلتراسیون با فشار پایین‌تر از اسمز معكوس است، بنابراین قیمت تمام‌شده نانوفیلترها و انرژی مصرفی كمتر است.



نانوفیلترها علاوه بر بازیابی عناصری مثل نمك و كلسیم از آب، قادر به بازیابی ویروس‌ها و باكتری‌ها نیز می‌باشند بنابراین می‌توانند در رفع، آلودگی‌های آب‌های ذخیره نوشیدنی انسان‌ها و آب‌های كشاورزی استفاده شوند.

نانوفیلترها می‌توانند به فیلتراسیون سریع خون كمك فراوانی كنند. در حال حاضر مسمومیت خونی یكی از مشكلات جدی در جهان است و خطر عفونت در واحدهایی كه نیاز به مراتب شدیدتری دارند بیشتر است، چون مریض‌ها آسیب‌پذیرترند. اگر مسمومیت خونی اتفاق بیافتد باید خون هرچه سریع‌تر از عامل مسمومیت پاك شود.



برای تشخیص عامل عفونت پلاسما و Endo toxin باید از هم جدا شوند تا عامل عفونت شناسایی شود. با استفاده از نانوفیلترها می‌توان در یك مرحله پلاسما و Endo toxin را جدا كرده و عامل مسمومیت را شناسایی كرد و علاوه بر این خون را تمیز كرد.

علاوه بر این نانوفیلترها می‌توانند در جداسازی‌های بیولوژیكی باكتری، ویروس، اسیدنوكلوئیك تصفیه DNA ، جذب پروتئین‌ها و اسیدنوكلوئیك‌ها، سوبسترا برای كشت Batch ، آلترافیلتراسیون محصولات آشامیدنی و غذایی و استریلیزه كردن سرم‌های پزشكی و سیالات بیولوژیكی استفاده شوند.

نانوتكنولوژی با ساخت سنسورها در ابعاد كوچك ما را قادر خواهند ساخت كه بتوانیم بسیاری از پارامترها را با دقت بیشتری ارزیابی كنیم. با استفاده از مولكول‌های بیولوژیكی قادر خواهیم بود كه نانوسنسور بسازیم. نانوسنسورها كاربردهای بسیاری در سه حوزه مهم نانوبیوتكنولوژی (پزشكی، كشاورزی و صنایع غذایی) دارند كه شامل:

• آشكارسازی عوامل و كمیت‌های شیمیایی و بیولوژیكی

• توالی‌سنجی DNA

• در تشخیص بیماری‌ها و تولید داروها

• در آزمایش‌های مؤثر و سریع بر روی داروهای جدید

• سیستم‌های كنترلی قابل حمل و نقل برای حفظ سلامت محصولات كشاورزی و غذایی در انبارها و حمل و نقل و انتقال

• سیستم‌های مجتمع نانوسنسوری برای اندازه‌گیری، گزارش‌دهی و كنترل هوشمند گیاهان یا دام‌ها

• بیوسنسورهای دقیق‌تر برای شناسایی پروتئین‌ها

• آشكارسازی سریع عوامل بیماری‌زا

مواد هوشمند، مواد واكنشی ( Reactive Material ) كه در تركیب با حسگرها و تحریك‌كننده‌ها و شاید هم كامپیوترها به شرایط و تغییرات محیطی پاسخ مناسب می‌دهند، پلیمرهای هوشمند نمونه‌هایی از این دسته مواد هستند. از این پلیمرها می‌توان در ساخت مواد بسته‌بندی جدید برای محصولات غذایی استفاده كرد، این مواد می‌توانند به مصرف‌كننده هشدار بدهند كه غذا یا محصولات كشاورزی فاسد شده است. لوازم آرایشی جز صنایع چندمیلیون دلاری است كه از این سری مواد هوشمند سود خواهند برد.


«بررسی مطالعاتی روشهای خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو»



مقدمه

نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل 9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود.

اخیراً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند.

مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم.



نانو فیلترها

تاریخچه نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند.

نانو فیلتراسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20 بار) قابل استفاده می باشد. به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. در مورد فرآیند نانو فیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانو فیلترها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست.

غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی بر پایه غربالسازی استوار می باشد. در حال که حذف ترکیبات یونی به دلیل بر عم کنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند.

امروزه غشاهای نانویی تجاری، در اشکال متفاوتی استفاده می گردند. این اشکال شامل، سیستم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری می باشد. شکل هر یک از غشاهای نانویی براساس نوع غشا و نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد.

نانو فیلترها برای حذف محدوده وسیعی از ترکیبات به کار گرفته شده است، از جمله :

حذف آفت کش ها از جمله آترازین، سیمازین، دیورن و ایزوپرتورن
حذف ترکیبات آلی فرار مانند مشتقات کلردار آلی سبک مانند کلروفرم، تری کلرواتیلن و تتراکلرواتیلن
حذف محصولات جانبی حاصل از واکنش گندزدا با ترکیبات آلی آب از جمله هالومتان ها
حذف کاتیون ها و سختی
حذف کروم (VI)، اورانیم، آرسنیک
حذف آنیون ها
حذف پاتوژن ها






نانو مواد

نانومواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. به علاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروه های شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه می باشند. همچنین نانومواد می توانند به عنوان لیگندهای قابل بازیافت با ظرفیت و عملکرد انتخابی بسیار بالا برای یون های فلزی سمی به هسته های رایواکتیو، حلال های آلی و معدنی به شمار می آیند.

جاذب ها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذف آلاینده های آلی از آب آلوده استفاده می شدند. تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است از جمله می توان به کاربرد نانو تیوپ های کربنی تک دیواره برای حذف یون های سنگین ماننده 2Pb، 2Cu، 2Cd، چیتوزان با گروه های عاملی فسفاته برای حذف 2Pb، ترکیب کربن نانوتیوپ- اکسید سدیم برای حذف As (V) ، نانو بلورهای FeO(OH) - برای جذب AS (V) و Cr (VI) ، زئولیت های تعویض یون NaP1 برای حذف فلزات سنگین از پساب های معدنی اسیدی مانند 3Cr، 2Ni، 2Zn، 2Cu، 2Cd، نانو مواد کربنی برای جذب مواد آلی فرار، رنگ های آلی و ترکیبات آلی و ترکیبات آلی کلره، فولرن برای جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوی مانند نفتالین اشاره نمود.



نانو مواد حفره ای

مواد نانو حفره ای به عنوان یک زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختمانی و خواص حجمی در زمینه های مختلف از جمله، فرایندهای تعویض یونی، جداسازی، کاربردهای کاتالیستی، ساخت حسگرها، ایزولاسیون ملکولی های زیستی و خالص سازی کاربرد دارند.

به طور کلی مواد نانو حفره ای را می توان براساس دامنه قطر منافذ نانویی به سه دسته میکروپور، مزوپور و کاروپور تقسیم نمود. براساس سیستم آیوپاک، حفره های مواد میکروپور دارای قطری کمتر از 2 نانومتر
می باشند. مزوپورها دارای حفره های به قطر بین 2 تا 50 نانومتر و ماکروپورها دارای حفره هایی با قطر بیشتر از 50 نانومتر هستند.

مواد نانوحفره ای را می توان براساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلز و یا خواص آنها دسته بندی نمود. در سیستم های پلی مری، سرامیکی و یا کربنی نیز مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که البته شکل حفره ها در آن متفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزیع و ترکیب حفره ها است که در نهایت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره ای می باشد. این مواد شامل

کربن های نانوحفره ای ترکیبات دارای کاربردهای متنوعی از جمله، جذب گازهای آلاینده، بسته های کاتالیستی، فیلترهای تصفیه آب، مخزن نگهداری گاز و... باشند.
زئولیت های نانوحفره ای عمده کاربرد زئولیت های در فرایندهای تصفیه ای آب (شامل تصفیه آب شرب و پساب های صنعتی) حذف یون های فلزات سنگین می باشد.
پلیمرهای نانوحفره ای (نانوپروس پلی مرها عمده کاربرد پلی مرهای نانوحفره ای براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازی ملکول های آلی خاص از سیستم های بیولوژیکی تا کاربرد آن ها را در تصفیه آب به منظور حذف آلودگی های ناشی از ترکیبات آلی نظیر فنل ها شامل می شود.


نانو ذرات

حذف آرسنیک با نانو ذرات سریم
حذف آرسنیک با نانو ذرات اکسید آهن
حذف کروم با نانو ذرات آهن
حذف مس، کبالت و نیکل با نانو ذرات آهن
حذف ترکیبات آلی با نانو ذرات آهن
حذف آلاینده ها با نانو ذرات آهن در محل
کاهش نیترات با نانوذرات دوفلزی پالادیم- مس
گندزدایی آب با نانو ذرات نقره


نانو سنسورها در تصفیة آب و پساب

از آنجائی كه بسیاری از خواصی كه انتظار می‌رود توسط سنسورها اندازه‌گیری شود در سطح مولكولی یا اتمی هستند از نانوتكنولوژی در كاربردهای حسگری یا شناسایی استفادة زیادی می‌شود.

سنسورهایی كه در ابعاد نانومتری ساخته شده‌اند از حساسیت فوق‌العاده‌ای برخوردارند، عملكرد انتخابی دارند و پاسخ‌دهنده می‌باشند. بنابراین تأثیر نانو تكنولوژی بر سنسورها فوق‌العاده عمیق و گسترده است.

به طور كلی به منظور كنترل بوی ناخوشایند، لازم است تا اندازه‌گیری‌هایی مبنی بر میزان بوی منتشر شده انجام شود. تركیبات بسیاری در بوهای ناشی از تصفیة پساب شناسایی شده‌اند. به طور نمونه این تركیبات عبارتند از: تركیبات كاهش یافتة گوگرد یا نیتروژن، اسیدهای آلی، آلدئیدها یا كتون‌ها.

در سال‌های اخیر سنسورهای تجارتی مجموعه‌ای كه بینی الكترونیكی نامیده می‌شوند برای شناسایی میكروارگانیسم‌ها و فلزات سنگین در آب آشامیدنی (مانند كادمیوم، سرب و روی) و به منظور شناسایی و تعیین مشخصات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای یك جامد یا مایع موجود در یك محفظة دربسته، تولید شده‌اند. این سنسورها روش سریع‌تر و نسبتاً ساده‌ای را برای پیگیری تغییرات در كیفیت آب و فاضلاب صنعتی فراهم می‌آورند.



نانوفتوكاتالیست

فتوكاتالیست ماده‌ای است كه در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یك واكنش شیمیایی شود، در حالی كه خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوكاتالیست‌ها مستقیماً در واكنش‌های اكسایش و كاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واكنش‌ها را فراهم می‌كنند.

تیتانیم دی اكسید TIO2 (با گستره اندازه بین خوشه‌ها تا كلوئیدها – پودرها و تك بلوهای بزرگ)، نزدیك به یك فتوكاتالیست ایده‌آل است و تقریباً تمامی این خصوصیات رادارد. تنها استثناء آن این است كه نور مرثی را جذب نمی‌كند. نانو ذرات دی اكسید تیتانیم، بر سطح زیرلایهای مناسبی از جمله شیشه و یا تركیبات سیلیسی، پوشش داده می‌شوند و در حوضچه‌های تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار می‌گیرند.

بسیاری از آلاینده‌های موجود در آب‌های صنعتی كه TIO2 آن‌ها را با آب و دی‌اكسید كربن تبدیل می‌كند عبارتند از: آلكان‌ها، آلكن‌ها، آلكین‌ها، اترها، آلدئیدها، الكل‌ها، تركیبات آمینی، تركیبات سیانیدی، استرها و تركیبات آمیدی.