حذف آرسنیک از آب توسط نانو ذراتی از گروه های اتمی از آب آشامیدنی صورت می گیرد که ابعاد آن ها کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. هنگامی که حذف آرسنیک توسط نانوذرات صورت می گیرد حدود ۵ تا ۱۰ برابر قوی تر از هنگامی است که این حذف توسط گروه های میکرو انجام می شود. انواع مختلفی از نانو ذرات و نانو کامپوزیت ها به منظور حذف آرسنیک از آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرند. نانو جاذب ها ذراتی هستند که توانایی تبدیل مواد سمی به مواد غیر سمی را دارند و می توانند حذف مواد سمی را به کمک ترسیب و جذب و همچنین تبادل یونی انجام دهند. نانو کامپوزیت ها نیز از مواد مختلفی مانند پلیمرها یا سرامیک ها تشکیل شده اند که به وسیله نانوذرات تقویت می گردند.
استفاده از نانو جاذب ها در حذف آرسنیک
همانگونه که اشاره شد یکی از روش های تصفیه آرسنیک از آب آشامیدنی با کمک نانو جاذب ها صورت می گیرد. از انواع مختلف نان جاذب ها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
- نانو ذرات آلومینا
- نانو ذرات اکسید و هیدروکسید آهن
- نانوذرات اکسید مس
- اکسید روی
- نانو تیوب های کربنی
انواع روش های حذف ارسنیک از آب
انواع روش های تصفیه و حذف ارسنیک از آب متشکل از فرایند هایی پیجیده و ظریف می‌باشد که از طرفی تنوع نسبتا زیادی نیز دارد. در ادامه این مقاله به انواع متد های تصفیه و حذف ارسنیک از آب به وسیله مواردی که در بالا گفته شد خواهیم پرداخت.
حذف آرسنیک از آب به وسیله نانو ذرات اکسید و هیدروکسید آهن
از گروه های اصلی موادی که به منظور حذف آرسنیک از آب آشامیدنی استفاده می شوند، می توان برخی ترکیبات آهنی مانند ژوئوئیت ، هماتیت و همچنین برخی مواد پوشیده شده با اکسید آهن و هیدروکسید فریک گرانولی را نام برد. این مسئله به این دلیل است که این مواد به شسته شدن کمتری در مقایسه با سایر مواد نیاز دارند. علاوه بر مواد نامبرده گونه های دیگری از انواع اکسید آهن هماتیتی و هیدروکسید و اکسیدهای ژئوتیت، برنالیت ها و همچنین فری هیدرات می توان اشاره کرد. نانو ذرات آهنی دارای خاصیت مغناطیسی هستند که این خاصیت مغناطیسی سبب جدا شدن ساده آن ها از آب می گردد. جداسازی با استفاده از گرادیان قوی مغناطیسی جداسازی یا همان HGMS انجام می گیرد. مطالعاتی بر روی جذب آرسنات بر روی نانوذرات آهنی مانند ژئوتیت، هماتیت و مگنتیت انجام شده است که نشان می دهد میزان جذب آرسنیک با میزان آهن جاذب استفاده شده، ارتباط مستقیم دارد. لازم به ذکر است که نرخ جذب در نانو ذره ژئوتیت بیشتر از هماتیت می باشد و این نرخ در هماتیت نیز بیشتر از مگنتیت اندازه گیری شده است. پلی پلی وینیل الکل، کو ایتاکونیک اسید، کو وینیل استات و همچنین سورفکتانت های غیر سمی و علاوه بر آن قابل تجزیه بیولوژیکی به منظور ارتقای خصوصیات شیمیایی سطح مواد، پتانسیل حرکتی و همچنین ثبات ذرات مورد استفاده قرار گرفته اند.
استفاده از نانوذرات آلومینا در حذف آرسنیک
نانو ذرات آلومینا در پیوند با پلی سریل آمید CTSg_PA در کیتوزان مورد استفاده قرار گرفته اند. از کائولین های ارزان قیمت در سال ۲۰۱۳ به عنوان مواد خام به منظور تولید نانو پروس های آلومینا استفاده شد. این موضوع با استفاده از فرایند ترسیب در مساحت سطح بالا و متر مربع بر گرم صورت گرفت. نانو آلومینا های پودری تولید شده، بازده بازیابی و همچنین ظرفیت جذب بسیار بالایی دارند. در سال ۲۰۰۳ به منظور حذف آرسنات از آب های زیرزمینی، از انواع مزوپروس های سیلیکای باردار شده به همراه اکسیدهای فلزی مانند روی، آهن و آلومینیوم استفاده شده است. شایان ذکر است که به عنوان بهترین مورد برای حذف آرسنیک از آب آشامیدنی می توان از SPAs_15 باردار شده با آلومینیوم استفاده کرد که به دلیل ظرفیت جذب سریع، این عنوان را به خود اختصاص داده است. علاوه بر آن به وسیله حضور برخی از مواد بر روی سطح جاذب، می توان سبب ارتقا آن شد. از جمله این موارد می توان به هگزاگونال با تخلخل باز و همچنین هگزاگونال با ساختار مزوپور دو بعدی اشاره کرد. لازم به ذکر است که تعداد بیشتری از هیدروکسیل های با چگالی بالا به جابجایی گونه های آرسنات می شود.
نانو ذرات اکسید روی در حذف آرسنیک
درباره روش استفاده از نانو ذرات اکسید روی در تصفیه و حذف ارسنیک از آب باید گفت : روی که ماده ای غیر سمی و با ثبات بالا می باشد که به شکل موثری در محدوده پی اچ ۵.۸ تا ۶.۸ کار می کند. همین امر سبب می شود که کار با اکسید های این ماده به سادگی صورت گیرد.
استفاده از نانوذرات اکسیدی ترکیبات فلزات در حذف آرسنیک
هنگامی که از کامپوزیت هایی با ترکیب دو و یا تعداد بالاتری از انواع مختلف فلزات استفاده می شود، خصوصیات مطلوب ماده و قدرت جذب آن در مقایسه با یک اکسید منفرد افزایش می یابد. از انواع مختلف نانو کامپوزیت ها می توان به آهن مس، منگنزکبالت، آهن کروم، آهن منگنز، آهن تیتانیوم و آهن روی اشاره کرد. نانوذراتی که اکسیدهای دو فلزی هستند مانند Fe3O4 ، MnFe2O4 و Mn3O4 دارای جذب بالاتری نسبت به بقیه مواد می باشند. از برخی نانوذرات که به روش های ترسیبی مهیا شده اند مانند CoFe2O4 و MnFe2O4 نیز در جذب مواد استفاده می شود. جداسازی ماده جذب شده از جاذب درون محلول، به علت وجود خاصیت پارامغناطیسی در این نانو مواد مغناطیسی بسیار راحت تر صورت می گیرد.
نقش نانو تیوب های کربنی در حذف آرسنیک
نانو تیوب های کربنی دارای ساختار توخالی و همچنین میزان تخلخل بالایی هستند. ویژگی های خاص CNT ها از جمله چگالی جرمی کم، قوی بودن ارتباطات بین این نانوتیوب ها و مواد آلاینده، سطح زیاد و همچنین بالا بودن خلوص آن ها سبب شده است این مواد مورد توجه محققان بسیاری قرار گیرند. البته ذکر این موضوع حائز اهمیت است که هنگام استفاده از نانو تیوب های کربنی خام ظرفیت جذب یون های فلزی در مقایسه با نوع اکسید شده آن ها بسیار پایین می باشد. اکسید کردن آن ها با کمک محلول هایی مانند NaClO و HNO3 صورت می گیرد. به منظور جذب بهتر از CNT ها با اشکال مختلف مانند انواع دوجداره یا تک جداره و همچنین مواردی با انتهای باز یا بسته استفاده می شود. نانو تیوب های کربنی بر اساس آلاینده هایی که مورد علاقه آن ها هستند تنظیم می گردند. مواد دارای چیدمان اکسید فلزی خصوصیات جذب اکسید فلزی و علاوه بر آن توانایی توزیع یکنواخت تخلخل که از توانایی های غیر معمول CNT ها می باشد را دارا هستند.