تحقیق مقاله هوای پاک با فن آوری نانو

مقدمه

افزایش مشکل دی اکسید کربن در هوا یکی از مشکلات اساسی در سطح جهان است. امید می رود که با استفاده از کشف منابع جدید روزی برسد که از مصرف سوخت های فسیلی بی نیاز شویم و در هوایی عاری از دی اکسید کربن و انواع آلودگی ها تنفس کنیم.

فناوری نانو از جمله فناوریهایی است که به کمک حل این مسئله آمده است و این امکان را به وجود آورده است تا به سوی ساخت انرژیی ارزان تر و پاکیزه تر از سوخت های فسیلی نزدیک شویم .

هوای پاک با فن اوری نانو

محققان در دانشگاه ملی اوک ریج موفق به ساخت نانوکریستالی شده اند که ما را در داشتن هوایی پاک تر کمک می کنند. نانوکریستال درست مانند یک کاتالیزور عمل می کند، هنگامی که دی اکسید کربن هوا بر روی این نانوکریستال که دارای کادمیوم، سیلینیوم و ایدیوم است می نشیند، یک الکترون به دی اکسید کربن می دهد تا در مجاورت سایر اجزای دود واکنش نشان دهد و بی ضرر شود. اگر فیلترهای متشکل از این نانوکریستال ها را بتوان با قیمت مناسب تری ساخت و آنها را در دودکش ها نصب کرد می توان تا حد زیادی از انتشار و خروج دی اکسید کربن در هوا جلوگیری کرد .
ذره معلق مضرر دیگری که دانشمندان امیدوارند تا با استفاده از نانوکریستال بتوانند آنرا خنثی و یا از بین ببرند، بخار جیوه است. تجهیزاتی که با زغال سنگ کار می کنند از مهمترین عوامل تولید بخار جیوه و انتشار آن در هوا هستند. یک روش جلوگیری از انتشار جیوه، استفاده از نانوکریستال های اکسید تیتانیوم است که بخار جیوه را می توانند به اکسید جیوه جامد تبدیل نمایند .
اگر تاکنون در ترافیک در مجاورت اگزوز و یا دود اتوبوس و یا یک کامیون قرار گرفته باشید حتما اکسید نیتروژن را استشمام کرده اید. موتورهای دیزلی (گازوئیل سوز) از جمله مهمترین منابع آلوده کننده هوا با اکسیدهای نیتروژن می باشند . شرکت «بیوفرندلی» با کمک آژانس حفاظت محیط زیست و دریافت کمک مالی از ایالت تگزاس، موفق به ساخت نانوکریستالی شده است که با افزودن آن به گازوئیل می تواند از تولید اکسید نیتروژن جلوگیری کند و سبب شود تا سوخت کامل بسوزد .
تصور نکنید که صنایع تولید تمیز مانند صنایع تولید تراشه های کامپیوتری به عنوان آلوده کننده های محیط زیست به شمار نمی آیند بلکه برعکس این صنایع به علت استفاده از مواد شیمیایی آلی در فرایندهای تولید منشا تولید بخارات آلی هستند که خود مضرر می باشند. محققان آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام در حال بررسی نانوموادی هستند که با استفاده از آن در فیلترها می توانند از انتشار بخارات آلی این دسته از کارخانجات جلوگیری کنند.

شاید در آینده نه چندان دور دیگر چیزی در خصوص میزان آلودگی های هوا در اخبار روزانه نشنویم تا با خیالی آسوده بتوانیم در هوایی پاک تنفس کنیم .

ایجاد باشگاه دانش اموزی نانو فنا وری ستاد ویژه توسعه فناوری‌نانو به منظور ارتقای آشنایی دانش‌آموزان با علوم و فناوری نانو و زمینه‌سازی تحقیق و پژوهش دانش‌آموزی در این حوزه اقدام به تأسیس «باشگاه دانش‌آموزی نانو» کرده است.

باشگاه دانش‌آموزی نانو فناوری سعی دارد در طی یک فرآیند آموزشی، دانش آموزان را از یادگیری مفاهیم اولیه این فناوری تا خلق ایده‌های دانش محور هدایت کند. با این هدف که پس از فارغ‌التحصیلی، آموخته‌ها و پژوهش‌های باشگاه، پایه پژوهش‌های دانشگاهی شود.

از مهم‌ترین اصول مطرح در باشگاه دانش‌آموزی نانو، فراهم‌سازی امکان تجربه کار گروهی است. ترسیم ماهیت بین رشته‌ای علوم و فناوری نانو، مفهومی است که در جریان فعالیت در باشگاه به طور تجربی به دانش‌آموز منتقل می‌شود.

نانو » فناوری امروز زندگی فردا

هفت هشت سال پیش هنگامی که نام نانو فناوری در مراکز دانشگاهی کشور ما بر سر زبانها افتاده بود از دوستی دانشگاهی پرسیدم این فناوری جدید چه کاربردی دارد او نیز که از جزئیات فناوری جدید بی خبر و فقط اسمش را شنیده بود گفت : فکر می کنم به فناوریهایی که در آن « نان » باشد نانو فناوری می گویند!!

او آن روز این مساله را البته به شوخی گفته بود ولی امروز این شوخی رنگ واقعی تر به خود گرفت زیرا فناوری جدید « نانو » برای بسیاری از کشورها به منبعی برای درآمدهای کلان اقتصادی تبدیل شده که هم « نان و هم آب » برای آنها دارد که اکنون مورد غبطه بسیاری دیگر از کشورها شده که در این حوزه علمی پیشرفتی نداشته اند .

انسان ذاتا علاقمند به تعالی و پیشرفت است و این موضوع تازه ای هم نیست با خلقت آدمی این ویژگی در نهادش قرار داده شده که در زمینه های مختلف به کمال فکر کند چرا که مسیر همه امور به سوی پروردگار می رسد که خود کمال مطلق است و ابداعات و اختراعات و پیشرفت های بشر هم در همین مجرا شکل گرفته است .

در این رویکرد 10 تا 20 سال پیش کمتر کسی حتی اسم نانو و نانو فناوری را می شنید چرا که یا هنوز بشر به آن نرسیده بود و یا اگر رسیده بود در پستوهای آزمایشگاههای خاص زمزمه آن مطرح بود. ولی اکنون کمتر کسی است که نداند این فناوری جدید چه افق چشم انداز وسیعی پیش روی بشر باز کرده است و کشورها هم رقابت وحشتناکی را برای در اختیار گرفتن این فناوری در پیش گرفته اند زیرا به درستی فهمیده اند که بزرگراهی به نام نانو فناوری آنها را به توسعه یافتگی قرن آینده در عرصه صنعت پزشکی کشاورزی و حتی بازرگانی و خدمات خواهد رساند .

حال اگر بخواهیم به طور ساده بدانیم نانو فناوری چیست باید بگوئیم که این فناوری فناوری ذرات و مولکولهاست . تاکنون درباره میکرو شنیده ایم که مولکولهای هر ماده ای با میکروسکوپ دیده می شود. اما نانو واحد اندازه گیری قوی تری است که ذرات مولکولی را تا حد بسیار ریزتر می بیند یعنی « هر نانو متر برابر با یک میلیاردیوم متر » است . پس اگر هر 100 سانت یک متر مساحت را در خود جای می دهد یک میلیارد نانو متر می تواند در یک متر مساحت جای بگیرد که بشر با استفاده از این فناوری برای خود نانو پودرها نانوذرات نانورنگ ها نانولوله ها نانوکامپوزیت ها نانوسیم ها نانو حسگرها و نانو ترانزیستورها را ساخته است که کاربردهای گسترده ای در بسیاری از علوم دارد که می تواند استحکام یک نخ نانویی را تا یک میلیارد برابر نخ های معمولی برساند.
بشر امروز از این فناوری در تولید لوازم و تجهیزات الکتریکی صنایع فلزی و شیمیایی پزشکی کشاورزی و حتی در موارد بسیار زیادی در بخش هوا و فضا استفاده می برد که ندانستن آن به نوعی بی سوادی دانشمندان یک کشور محسوب شود .

این حساسیت مرا بر آن داشت در اولین نمایشگاه فناوری نانو در دانشگاه تربیت مدرس تهران شرکت کنم و ضمن معرفی بخشی از فعالیت نانو فناوری در کشور ضمن گفت و گو با محققان مخترعان و اساتید این فن و رشته به این پاسخ برسیم که آیا کشور ما خود را به این فناوری مجهز کرده است آیا می توان فواید کاربردی این علم را برای مردم هم قابل لمس و استفاده کرد یا اینکه صرفا در گوشه کتابخانه ها و آزمایشگاهها به کار گرفته خواهد شد
حساسیت من از این بابت است که بدانم چرا کشورهای دیگر با کاربردی کردن علوم برای خود مزیت اقتصادی و درآمد مالی ایجاد می کنند اما در کشور ما این درست که به دنبال علم می رویم اما از آن انتظار درآمد مادی نداریم و هزینه های جاری خود را کماکان با فروش نفت تامین می کنیم . اما بقیه کشور با به کارگیری نانو فناوری در الکترونیک تجهیزات ریزی تولید می کنند که ما مجبوریم آن را به قیمت گزاف خریداری نمائیم و... بسیاری موارد که شرح آن به درازا خواهد کشید .
غرفه های این نمایشگاه اگرچه به صورت فعالیت های دانشجویی درآمده بود اما سخنان فعالان این بخش در خصوص تحقیقات انجام شده و نتایج به دست آمده بسیار شنیدنی تر است .
آریا احمدوند دانشجو و مخترع سه نوع متحول کننده دوام بتن با استفاده از نانو فناوری درباره کاربرد نانو فناوری در استحکام بتن می گوید : در یکی از تحقیقات من با به کارگیری مواد افزودنی نانوسیلیس دوام بتن را افزایش دادم و همزمان با کاهش نفوذپذیری در برابر آب و گاز و مایعات در بتن موفق به ثبت بتن خود تراکم الیافی با مقاومت فوق العاده بالا در برابر زلزله انفجار و ترکش شدم .
وی ادامه می دهد : هنگامی که علم نانو فناوری آمد بسیاری از شرکت ها نمی دانستند از این مواد در کدام بخش استفاده کنند و ما تحقیق کردیم که در بتن چگونه می توان از فناوری نانو استفاده کرد که پس از تحقیق به ژنتیک بتن رسیدیم . همانطور که می دانیم هنگامی که در بتن ریزتر می شویم به خمیر سیمان می رسیم . خمیر سیمان از ژل سیلیکات کلسیم نامحلول در آب و هیدروکسید کلسیم (آهک آزاد) محلول در آب تشکیل می شود اولین لایه ترکیبی حاصل از واکنش شیمیایی یا هیدراسیون سیمان با آب یک لایه نیمه تراوا به ضخامت حدودا یک نانو متر است و زیر سیستم مخلوط سنگدانه ها به گونه ای نسبت بندی می شود که بیشترین تراکم را به وجود می آورد و وجود حداقل مقدار سیمان سنگدانه ها را احاطه کرده و چسبندگی مناسبی را ایجاد می کند.

وی ادامه می دهد : یکی از معایب خمیر سیمان شوره زدگی است که به دلیل همان آهک آزاد است آهک آزاد وقتی با سیلیس ترکیب می شود این ترکیب از بین می رود و دوباره به سیلیکات کلسیم تبدیل می شود حال اگر از نانو سیلیس استفاده کنیم باعث کاهش مقدار مصرف آب کاهش نفوذپذیری افزایش دوام و مقاومت ساختار بتن می گردد که استفاده از بتن با نفوذپذیری کم در ساخت سازه های بتنی در محیط های فعال مانند فاضلاب و اسیدها افزایش دوام مقاومت و طول عمر مفید سازه های بتنی را به همراه دارد .

وی ادامه می دهد : در این تحقیق ما متوجه شدیم که ذرات نانو سیلیس به علت زیردانگی با ذرات هیدروکسید کلسیم درون خمیر سیمان واکنش کاملتر و سریعتری انجام می دهد که باعث ایجاد ژلی نانومتر می گردد در حالیکه در حالت قبلی که با میکرو سیلیس ترکیب می شد در حد میکرون بود.
آقای احمدوند ادامه می دهد : اینها تنها بخش محدودی از مزایای استفاده از فناوری نانو در زمینه بتن است در عین حالیکه می دانیم در صدها و هزاران مورد می توان با انجام تحقیقات دامنه استفاده از نانو فناوری را افزایش داد که اگر شرکت های ایرانی بتوانند در تولید مواد خام نانو هم فعال شوند به سودآوری بسیار زیادی خواهند رسید .