دسترسی به آب تمیز با فناوری نانو

صنعت و پژوهش

محسن معصومی: مسمومیت غذایی به هرگونه بیماری ناشی از مصرف غذا یا آب آلوده گفته می‌شود. آلودگی می‌تواند ناشی از باکتری، ویروس، انگل‌ها یا مواد سمی باشد.

 مسمومیت‌های میکروبی به‌دلیل علائم حاد شایع‌ترین مسمومیت‌های غذایی هستند که برحسب نوع میکروب علائم بالینی بسیار متفاوتی ایجاد می‌کنند.
 به‌طور معمول، مسمومیت‌های میکروبی پس از ورود میکروب به بدن رخ می‌دهند و زمان شروع علائم بسیار متفاوت است.
عوامل میکروبی که باعث مسمویت غذایی می‌شوند، بسیار گسترده و متنوع هستند. حدود ۸ نوع باکتری موجود در آب عامل اصلی بیماری‌های ناشی از مصرف آب آلوده به‌شمار می‌روند.

مشکل آلودگی آب آشامیدنی
بنابر گزارش سازمان بهداشت جهانی در کشورهای توسعه‌یافته و همچنین بسیاری از کشورهای در حال توسعه با مشکل آلودگی میکروبی آب آشامیدنی روبه‌رو نیستند، اما حدود ۲.۶ میلیارد نفر از مردم جهان به‌سختی آب آشامیدنی پاک به‌دست می‌آورند و ۱.۱ میلیارد نفر از مردم به هیچ عنوان به آب آشامیدنی سالم دسترسی ندارند. ۱.۶ میلیون نفر در جهان به‌طور سالانه به‌دلیل مصرف آب آلوده و بیماری‌های ناشی از آن جان خود را از دست می‌دهند که بیشتر آنها کودک هستند. ۱۶۰ میلیون نفر در جهان به‌دلیل مصرف آب آلوده از انواع بیماری‌های عفونی و انگلی رنج می‌برند. بنابر آمارهای سال ۱۹۹۰ میلادی(۱۳۶۹ خورشیدی)، حدود ۷۷ درصد مردم جهان به آب سالم دسترسی داشتند و در سال ۲۰۱۵ (۱۳۹۴) این آمار به ۸۳ درصد رسیده که نشان می‌دهد در این مدت حدود یک میلیارد نفر به آب آشامیدنی سالم‌تر دسترسی پیدا کرده‌اند. یکی از مهم‌ترین برنامه‌های سازمان بهداشت جهانی، پیداکردن روش‌هایی است که بتواند با هزینه بسیار کم و ساده، شرایط دسترسی مردم کشورهای فقیر را به آب سالم فراهم کنند.

کاربرد فناوری نانو در رفع آلودگی میکروبی
با بکارگیری پوشش‌های آنتی‌باکتریال در فیلترها، از انتشار و انتقال باکتری‌های بیماری‌زا ممانعت به‌عمل می‌آید و به این ترتیب از شیوع بیماری جلوگیری می‌شود.
نقره در شرایط معمولی، فلزی با واکنش‌دهی کم است، اما زمانی که به ابعاد کوچک در حد نانومتر تبدیل می‌شود میکروب‌کشی آن بیش از ۹۹ درصد افزایش پیدا می‌کند. ویژگی ضدباکتری بودن نقره به‌دلیل انتشار آرام و آهسته، اما مداوم یون‌های نقره است.
 نسبت سطح به حجم بسیار بالای نانو ذرات نقره سبب می‌شود یون‌ها به‌راحتی منتشر شده و با سرعت بیشتر و به شکل موثرتری میکروب‌ها را از درون بکشند.
علاوه‌بر نانو ذرات نقره، نانو ذرات اکسید روی (ZnO)، اکسید مس (CuO)، دی اکسید تیتانیوم (۲ TiO) و اکسید نیکل (NiO) دارای خاصیت ضدمیکروبی قوی برای ضدعفونی آب هستند. این نانو ذرات را می‌توان در طراحی‌های گوناگون فیلترها به‌کار برد.

شرکت‌های داخلی فعال
درحال‌حاضر در ایران شرکت‌ها، پژوهشکده‌ها و استارت‌آپ‌هایی بسیاری در زمینه تصفیه‌ای و فاضلاب فعال هستند. به گزارش ستاد فناوری نانو، نانواستارت‌آپ «پانتا» نوعی دستگاه تصفیه پساب نساجی تولید کرده که با ایجاد حباب‌های نانویی، آلودگی‌های موجود در پساب را از بین برده و آبی شفاف تولید می‌کند. به‌گفته رضا محصل، دانشجو دکترای نانوشیمی دانشگاه کاشان و از تولیدکنندگان این دستگاه، «این دستگاه پساب نساجی را که حاوی رنگ و مواد شیمیایی است، تصفیه کرده و آب شفافی را به‌جا می‌گذارد که در صنعت قابلیت استفاده دوباره را دارد. در این دستگاه با استفاده از فناوری پلاسما و راکتوری که در آن قرار دارد، نوعی هم‌افزایی ایجاد می‌شود که رنگ و فلزات سنگینی چون آرسنیک را از بین می‌برد. به‌عنوان مثال، آرسنیک موجود در پساب نساجی را می‌توان با این دستگاه تا ۱۰ PPP کم کرد که حتی آب شفاف به‌دست آمده پس از تصفیه قابل آشامیدن می‌شود. پلاسمایی که در این دستگاه استفاده می‌شود، دارای یک ازن بوده و همچنین راکتوری دارد که همزمان با پلاسما زدن، حباب‌های نانویی تولید می‌کند. این حباب‌های نانویی با ازن که تولید شده، هم‌افزایی می‌کنند که به‌شدت می‌ترکند و آلودگی‌هایی مانند آلودگی‌های میکروبی را از بین می‌برند. برقی که این دستگاه مصرف می‌کند یک تا ۳ کیلووات بر ساعت است، در صورتی که نمونه‌ای مشابه یا نمونه‌هایی که کار تصفیه پساب را در جهان انجام می‌دهند، حدود ۱۱ کیلووات بر ساعت برق مصرف می‌کنند؛ همچنین در این سیستم از هیچ ماده شیمیایی استفاده نمی‌شود و لجن کمتری در این فرآیند تولید می‌شود. هر کیلووات برق۳۰۰ تا ۴۰۰ تومان هزینه دارد و ما توانسته‌ایم مقدار مصرف برق دستگاه را از ۱۱ کیلووات به یک تا ۳ کیلووات بر ساعت برسانیم که خود نوعی صرفه‌جویی در مصرف نیروی برق به‌شمار می‌رود. درحال‌حاضر تنها نمونه اولیه‌ای از این دستگاه ساخته شده و در صورت سرمایه‌گذاری به‌زودی وارد مرحله تجاری‌سازی خواهد شد».
در طرحی دیگر پژوهشگران دانشگاه رازی کرمانشاه موفق به سنتز نوعی غشای نانوکامپوزیتی با قابلیت خودتمیزکنندگی شدند. در ساختار این غشاها از نانوذرات فتوکاتالیست استفاده شده به‌نحوی که با دریافت نور خورشید، گرفتگی غشا تا حدود زیادی رفع می‌شود. درحال‌حاضر فناوری‌های غشایی به‌واسطه اثرات مخرب کم بر محیط‌زیست و مصرف انرژی پایین در مقیاس‌های وسیع تصفیه آب و پساب به‌کار برده می‌شوند. یکی از غشاهای رایج مورد استفاده غشاهای پلیمری هستند که به‌دلیل مزیت‌هایی از قبیل ارزانی، قابلیت شکل‌دهی آسان و تخلخل بالا کاربرد فراوانی دارند. حدیث زنگنه، دانش‌آموخته مقطع دکترای دانشگاه رازی کرمانشاه با اشاره به مشکل گرفتگی غشاها به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین عیوب غشاهای تصفیه آب درباره اقدام‌های انجام شده در این طرح در برای رفع این مشکل گفت: «گرفتگی غشا موجب کاهش طول عمر غشا و کاهش جریان آب خروجی از آن می‌شود.
 یکی از راهکارها برای کاهش پدیده گرفتگی غشا، افزایش آب‌دوستی آن است. در طرح حاضر ضمن استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم به‌عنوان عامل آب‌دوست‌کننده غشا، از ویژگی فتوکاتالیستی آن نیز برای اعطای خاصیت خودتمیزکنندگی بهره برده‌ایم. حضور نانوذرات در ساختار این غشاها طول عمر آنها را افزایش و هزینه‌های مربوط به تعویض زودهنگام غشا را به‌مراتب کاهش خواهد داد. به‌گزارش ستاد فناوری نانو در طرحی آب روستاییان خوزستان با استفاده از سامانه تصفیه آب نانویی تصفیه می‌شود. این سامانه می‌تواند آب باکیفیت بالاتر در اختیار مردم روستاها در این استان قرار دهد. با توجه به ضرورت تولید آب آشامیدنی منطبق بر شرایط استاندارد، شرکت مهندسی آب و فاضلاب کشور با همکاری شرکت پیام‌آوران نانوفناوری فردانگر سامانه تصفیه آب برای روستاییان خوزستان راه‌اندازی کرده است.
شوری آب شبکه روستاییان خوزستان مشکلاتی برای مردم این منطقه ایجاد کرده که گاه آنها را مجبور کرده تا از طریق سیستم اسمز معکوس اقدام به تهیه آب آشامیدنی گالنی کنند. با نصب این پکیج آب این روستاها و روستاهای اطراف با استفاده از فناوری EC تصفیه شده که کیفیت بالایی دارد. این شرکت با استفاده از نانوکویتاسیون تولید انواع نانوامولسیون‌ها را توسعه بخشیده است.
 این روش که سازگار با محیط‌زیست، امن و آسان است مناسب برای پاسخگویی به نیازهای صنعت در عصر جدید خواهد بود. این سامانه مجهز به جاذب‌های مبتنی بر فناوری‌نانو است که امکان حذف فلزات سنگین با نرخ پایین را فراهم می‌کند. این جاذب‌ها دو مزیت عمده دارند نخست اینکه نیاز به تنظیم pH ندارند در نتیجه بی‌نیاز از مواد افزودنی هستند و دومین مزیت آن قدرت جذب بالای آنهاست در نتیجه با این دو مزیت هزینه فرآیند به‌شدت کاهش می‌یابد.

ابداع نوعی پلیمر برای استفاده در باتری‌های خود ترمیم و خودبازیافت
گروهی از مهندسان امریکایی در تلاش برای ساخت باتری‌های لیتیوم یونی بی‌خطرتر، الکترولیتی بر پایه پلیمر ابداع کرده‌اند که نه‌تنها می‌تواند خود را ترمیم کند، بلکه بدون نیاز به درجه حرارت‌های بالا یا اسیدهای قوی قابل بازیافت نیز هست.
به‌گزارش ایرنا، این الکترولیت جدید با استفاده از پلیمرهای مخصوص ساخته شده که دارای پیوندهای عرضی است و در برابر حرارت به‌جای اینکه از هم فرو بپاشد، سخت‌تر می‌شود.
باتری‌های لیتیوم یونی یکی از داستان‌های موفقیت‌آمیز فناوری مدرن الکتریکی هستند. بدون آنها دستگاه‌های گوناگون از تلفن‌های هوشمند گرفته تا خودروهای برقی کارآیی نخواهند داشت، اما هنوز مسیر طولانی در پیش دارند تا به گزینه مناسبی تبدیل شوند. از آنجایی که این باتری‌ها تحت چرخه‌های منظم شارژ قرار می‌گیرند، سازه‌های شاخه مانندی(دندریت) از فلز لیتیوم تشکیل می‌شود که در ساختار باتری رشد می‌کنند. این کار می‌تواند به کاهش طول عمر باتری منجر شود. این موضوع همچنین در موارد شدید به خود باتری آسیب می‌زند و به آتش‌سوزی و انفجار منجر می‌شود.
بخشی از علت این خرابی‌های انفجاری این است که باتری‌های لیتیوم یونی از یک الکترولیت مایع استفاده می‌کنند که اگر باتری به‌شدت به خطر بیفتد، می‌تواند با الکترودها وارد واکنش شیمیایی شود.
 به همین منظور پلیمر جامد یا الکترولیت‌های سرامیکی به‌عنوان جایگزین در نظر گرفته شده‌اند، اما به‌گفته برایان جینگ، دانشجوی فارغ‌التحصیل علوم و مهندسی مواد در دانشگاه ایلینیوز، پلیمر جامد و الکترولیت‌های سرامیکی نیز در دماهای بالایی که در باتری تولید می‌شود، ذوب می‌شوند. این مواد همچنین شکننده هستند و حفظ تماس الکترولیت به الکترود را دشوار می‌کنند.
یک روش برای غلبه بر این مشکل استفاده از رشته‌های پلیمری شبکه‌ای شده(با اتصال عرضی) برای تولید یک هادی لیتیوم لاستیکی است. این هادی لیتیومی، عمری طولانی‌تر از الکترولیت‌های جامد سخت‌تر دارند اما خود ترمیم‌شونده نیست و بازیافت آن نیز دشوار است.
اکنون پژوهشگران دانشگاه ایلینویز، روشی برای ایجاد این پیوندهای عرضی ابداع کرده‌اند تا در نتیجه آنها واکنش‌های مبادله‌ای ایجاد و رشته‌های پلیمری را بین آنها مبادله کنند. این بدان معنی است که پلیمر هنگام گرم شدن سخت‌تر و خود ترمیم‌شده و به رشد دندریت کمتری نیز منجر می‌شود؛ به‌علاوه این پلیمر می‌تواند بدون نیاز به اسیدهای قوی یا درجه حرارت‌های بالا تجزیه شود. در عوض، در دمای اتاق در آب حل می‌شود. با این حال، این فناوری هنوز عملی نیست.
کریستوفر ایوانز که ریاست گروه پژوهشگران را بر عهده داشت، عنوان می‌کند، به تصور من این مطالعه بستر جالبی را برای آزمایش‌های دیگر فراهم می‌کند. ما از یک شیمی بسیار خاص و یک پیوند دینامیکی بسیار خاص در پلیمر خود استفاده کردیم اما معتقدیم این بستر را می‌توان دوباره ساخت تا در کنار بسیاری از فرآیندهای شیمیایی دیگر ویژگی رسانایی و مکانیکی این پلیمر را تغییر دهد.

شناسایی و تعیین آلاینده‌ها در مواد مغذی و اثر آن بر سلامت
با امضای تفاهمنامه میان پژوهشکده علوم غدد درون‌ریز و متابولیسم و انستیتو تحقیقات تغذیه‌ای و صنایع غذایی کشور فصل جدیدی از همکاری‌های مشترک علمی-پژوهشی میان این دو مرکز گشوده شد.
به‌گزارش ایسنا، این تفاهمنامه میان رئیس پژوهشکده علوم غدد درون ریز و متابولیسم و رئیس انستیتو تحقیقات تغذیه‌ای و صنایع غذایی کشور با هدف تعیین راهکارهای مناسب برای ارتقای سطح علمی-پژوهشی و استفاده بهینه از توانمندی‌ها، تسهیل ارتباط و همکاری میان پژوهشگران پژوهشکده و انستیتو به امضا رسید. استفاده طرفین از توانایی‌ها، امکانات و فضاهای آموزشی، پژوهشی یکدیگر از موضوع‌های این تفاهمنامه به‌شمار می‌رود.
در این تفاهمنامه بر همکاری‌های مشترک همچون استفاده از امکانات آزمایشگاهی و پژوهشی موجود در پژوهشکده و انستیتو جهت اجرای طرح‌های مشترک پژوهشی تاکید شده است.
گفتنی است در زمینه طرح‌های پژوهشی موضوع‌هایی همچون شناسایی و تعیین آلاینده‌ها در مواد مغذی و بررسی اثرات آنها بر سلامت، بررسی میزان شیوع کمبود ریزمغذی، در زیر گروه‌های پر خطر و ارائه راه‌های پیشگیری و کنترل و مراقبت تغذیه‌ای در ۸ استان کم‌برخوردار کشور در راستای پیشگیری از بیماری‌های غیرواگیر در اولویت قرار دارد.
در این تفاهمنامه بر فراهم کردن زمینه اشتراک‌گذاری و استفاده از منابع علمی(شامل مجله‌ها و نشریه‌های الکترونیک و چاپی)، استفاده از کتابخانه و مراکز اطلاع‌رسانی طرفین، مشارکت اعضای هیات‌علمی پژوهشکده و انستیتو در تهیه مقاله‌ها از طرح‌های مشترک اجرا شده و نیز تدوین و انتشار کتاب‌ها، مجله‌ها و سایر آثار علمی اشاره شده است.
در بخش دیگری از این تفاهمنامه با اشاره به طرح‌های مشترک پایه و بالینی بر اهمیت استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده در قالب Mega data، در پژوهشکده و انستیتو، تولید راهنمای غذایی بومی در کشور، راه‌اندازی سامانه برای ثبت داده‌های تغذیه‌ای کشور، کمک و مشاوره پژوهشکده در اجرای دو مطالعه کوهورت(هم‌گروهی) سلامت معلمان، تسهیل عضویت این کوهورت در شبکه کوهورت کشور و هم‌افزایی تغذیه‌ای به‌دست آمده با اطلاعات حاصل از مطالعه قند و لیپید تهران برای بهره‌برداری بهتر از نتایج برای حل مشکلات بهداشتی کشور اشاره شده است.
فراهم کردن زمینه و تسهیلات لازم از سوی پژوهشکده و انستیتو برای انجام طرح‌های پژوهشی جامعه‌نگر، بیمارستانی و درمانگاه‌ها، امکان استفاده اعضا هیات‌علمی دانشگاه از امکانات پژوهشکده به عنوان فرصت‌های مطالعاتی، دوره‌های کوتاه‌مدت، کارگاه‌های تخصصی و دعوت از STC برای طراحی کارگاه‌ها و پروژه‌های طرفین تفاهمنامه از دیگر برنامه‌های مشترک پژوهشکده و انستیتو به‌شمار می‌آید.
همکاری برای برگزاری کارگاه‌های توانمندسازی و کارگاه‌های آموزشی-پژوهشی با استفاده از امکانات طرفین، برگزاری کارگاه اپیدمیولوژی تغذیه و کارگاه‌های توانمندسازی اعضا هیات‌علمی در پژوهشکده و کارگاه آموزشی هواخواهی- مطالبه‌گری در حوزه غذا و تغذیه و دوره‌های آموزشی کوتاه‌مدت در زمینه تغذیه جامعه و تغذیه بالینی در محل انستیتو بخش دیگری از این تفاهمنامه است.

چاپ