تقنية النانو – سلسلة البحوث البيئية

تاريخ تقنية النانو

من الصعب ان نحدد الى أي عصر او حقبه زمنيه تم استخدام تقنية النانو لأول مره. لكن يمكن ان ينسب استخدام هذه التقنيه لأول مره في صناعه الزجاج في العصور الوسطى. حيث تم استخدام حبيبات الذهب النانويه الغرويه لتلوين الزجاج. لابد من الاشاره الى ان كلمة نانو هي كلمه اغريقيه و تعني جزء من البليون و ال نانو هو جزء من الالف من الميكرومتر و ان سطح ال نانو القياسي هو السطح الفاصل بين عالم الذرات و الجزيئات و بين عالم الماكرو.

ان من اهم الاكتشافات في هذه التكنولوجيا هو ان التقسيم المتناهي للحبيبات سيتسبب باكسابها خواص فريده وغير موجوده في الحبيبات الاساسيه مثل الخصائص الكيميائيه،  الضوئيه، الالکترونیه و غیرها لهذه الحبيبات. عند استخدام هذه الذرات في هياكل او اجهزه فان­ها ستساعد في استخدام اجهزه اصغر و اسرع و اقل كلفه و استهلاك للطاقه.

العينات النانويه غير المتبلوره وجدت في منتصف الثمانينات. في عام 1991 تمكنت جامعة ميجي من اكتشاف الانابيب الكربونيه النانويه (التي سنشرحها فيما بعد)

وفقا لما تم ذكره، فان تكنولوجيا ال نانو تعد المفتاح الرئيسي للتقنيات في القرن الواحد و العشرين وهي تكنولوجيا واعدة لتطوير التقنيات الالكترونيه، الاتصاليه، الحیویه و علوم الطب و معالجه المیاه.

طرق تصنیع الحجم النانوی

هناك طريقتان لتصنيع الحجم ال نانوي:

1. TOP-DOWN من الأعلى للاسفل: تبدا هذه الطريقه باستخدام حجم كافي من الماده و تصغر شيئا فشيئا حتى تصل الى المقياس النانوي. مثال على هذه الطريقه: عمليات الطحن و الحفر الضوئي.
2. BOTTOM-UP من الأسفل للاعلى: يتم في هذه الطريقه استخدام جزيئات منفرده و شيئا فشيئا تتجمع في تركيب اكبر.

طرق قياس الخواص النانوية

يمكن فحص خصائص المواد النانويه باستخدام عدة تقنيات علميه :

1-المجهر الالكتروني الانفاذي TEM للتحقيق في المورفولوجي

2-المجهر الالکترونی الماسح SEM للتحقيق في المورفولوجي

• جهاز الاشعه السينيه XRD للتحقیق فی البنیه البلوریه ل حبیبات ال نانو
• جهاز BET لقیاس مساحه سطح حبيبات ال نانو

الجسیمات النانویة

هی عباره عن تجمع ذری او جزیئي  يمكنها ان تكون بين بضع ذرات الى مليون ذره مرتبطه ببعضها بصورة كرويه نصف قطرها حوالي 100 نانومتر. فمثلا جسيمات السيلليكون النانويه تتكون من اعداد محدده من الذرات و عندما تتعرض لاشعه فوق بنفسجيه فانها تبعث منها لون مرئي طول موجته يتناسب عكسيا مع مربع قطر الجسيم. و بالتالي حسب نوع الجسيم يمكن رؤيه الوان مرئيه محددة. ان هذه الجسيمات اذا كان لها بعد واحد بمقياس النانو تسمى البئر الكمي (Quantum well) و اذا كان لها بعدين بمقياس النانو تسمى السلك الكمي (Quantum wire) اما اذا كان لها ثلاث ابعاد بمقياس النانو فانها تسمى النقاط الكميه (Quantum dots)

الانابيب النانوية

يتم تحضير الانابيب النانويه من مواد غير عضويه و تعد انابيب النانو الكربونيه من اكثر أنواع انابيب النانو اهميه. انابيب الكربون عباره عن شرائح من الجرافيت يتم طيها حول محور لتاخذ شكلها الاسطواني بحيث احدى النهايات تكون مغلقه على شكل نصف كره. ربما يكون الجدار مكون من ذرات فرديه فيطلق عليه أنبوب وحيد الجدار او ثنائي او اكثر و عندها يطلق على الانبوب اسم متعدد الجدار.

لقد حظيت تقنية النانو باهتمام واسع نظرا لما ابدته من تطبيقات و اعدة و كثيره شملت العديد من المجالات و في تحقيقنا هذا سنتحدث عن النانو لتحليه المياه:

تقع تقنيه النانو بين خواص الفصل بالتناضح العكسي و الترشيح الفائق ultrafilteration

بحيث ان عمليه الفصل بالتناضح العكسي تعرف على انها عمليه الفصل اعتمادا على انتشار السائل اما الترشيح الفائق فهو الفصل بالغربله.

اعتمادا على تقنيه النانو في هذا المجال تم الجمع بين عمليتي تناضح العكسي و الترشيح الفائق بما لهما من ميزات. ان عمليه النقل خلال الغشاء النانوي هي نتيجه للانتشار و الحمل و الهجره الكهربائيه حيث شحنته السالبه تمكنه من جذب الملوثات موجبه الشحنه بينما يتم طرد الشحنه السالبه المتنافره معه. حيث يمكنه ان يحجز اكثر من 90% من الايونات عديده التكافؤ و 60-70% من الايونات احاديه التكافؤ.

استخدام الغشاء النانوي في الترشيح يمكنه أيضا ازاله الميكروبات و النترات و الزرنيخ و الفلو و المبيدات و الفيروسات و غيره. لابد من الاشاره الى انه من اهم مزايا الترشيح النانوي هو انه يحتاج لضغط منخفض و ينتج ماء ذو نوعيه عاليه بدون الحاجه الى دفع كلفه عاليه.

المركبات النانوية

هي عباره عن مركبات يتم اضافه حبيبات النانو لها خلال تصنيعها و هذا سيساهم في تحسين الخصائص الالكترونيه و الحراريه لهذه المركبات. حيث ان النسبه بين المساحه السطحيه و حجم هذه المركبات سيصبح اعلى و بالتالي قدرتها على الجذب ستتحسن. كثير من الأبحاث اليوم تسعى الى تركيب مركبات نانويه جديده لها خصائص مطوره عن التركيب الأصلي. من اكثر المركبات النانويه استخداما حول العالم في المجالات الطبيه و الصناعيه و البيئيه المختلفه هي المركبات البوليميريه النانويه

اعتبارات استخدام تقنية النانو في تحلية المياه

هناك اعتبارات مهمه لضمان نجاح استخدام تقنية النانو في تحليه المياه يجب ان يتم اخذها بعين الاعتبار و هي:

1. يجب على الذرات النانويه ان تخضع لعمليات تحقق صارمه من صحتها  التجاريه و اثارها البيئيه المحتمله
2. عدم وجود مخاطر جديده في المنتجات عن تحليه المياه بال نانو
3. يجب ازاله المواد الثانويه و المعادن (ان وجدت) الناتجه عن هذه العمليه
4. التحقق من عدم حصول أي تجمع للحبيبات النانويه التي تفقدها خواصها
5. التحقق من ازاله كامله ل الحبيبات من المياه بعد تحليتها

المخاطر المتوقعه من تحلية المياه باستخدام تقنية النانو

المشكله في استخدام حبيبات النانو تكمن في صغر ابعادها حيث انها اذا بقيت في المياه يمكنها ان تنفذ الى خلايا الاحياء و تنتقل عن طريق الدم مسببه اتلاف الدماغ و الكليه. و لايجاد حل لهذه المشكله تم اقتراح استخدام النانو بشكل صفائح تحوي على ثقوب تعمل عن طريق الليزر بحيث تكون عامله كمنخل يسمح فقط للماء النقي بالعبور من خلاله و هي بذلك امنه و ليس لها أي خطر على الصحه العامه.

لابد من الاشاره الى انه لايوجد استاندارد يحدد الاخطار الناجمه عن النانو على الصحه بسبب اختلاف ابعاد هذه الحبيبات و سميتها. كمان انه لايوجد أبحاث و تحقيقات حول مخاطر هذه التكنولوجيا. و على العموم فلا بد للعاملين في هذا المجال اتخاذ اقصى درجات الحذر و الاحتياط لتفادي استنشاق المواد النانويه لانها تنفذ بسهوله شديده عبر الجلد و الرئتين و الاجهزه المعويه للإنسان

ارجو ان يكون هذا التحقيق نال اعجابكم…تابعونا دائما