محققان، دستگاه تصفیه آب جدیدی را تولید کرده اند که از هر لحاظ نسبت به بسیاری از انواع دستگاه تصفیه آب موجود برتر می باشد. علی الخصوص، در از بین بردن یون های ناشی از فلزات سنگین سمی مختلف و مواد رادیواکتیو از آب، بسیار کارآمد بوده و حتی میتواند در استخراج طلا استفاده شود.
در نوامبر سال ۲۰۱۵، برزیل فاجعه زیست محیطی بی سابقه ای را تجربه کرد. زمانی که دو سد، در معدن سنگ آهن شکسته شدند، یک نوع کوکتل سمی از فلزات سنگین به درون دو رودخانه ریو دوس Rio Doce ریخت و چند روز بعد به اقیانوس اطلس رسید. تاثیرات مخرب این حادثه انسان و طبیعت را به یک اندازه ویران کرد. ماهیان، پرندگان و حیوانات بیشماری از بین رفتند و یک چهارم از ساکنان یک میلیون نفری منطقه، بدون آب آشامیدنی باقی ماندند. این حادثه باعث شد که بحث آلودگی آب، به عنوان یکی از جدیدترین مسائل جهان امروزی نشان داده شود.
هیچ راه حل تکنیکی و روش تصفیه آب رضایت بخشی برای بهبود وضعیت آب آشامیدنی با فلزات سنگین یا ذرات رادیواکتیو پیدا نشده است. روش هایی که برای حذف موادی از قبیل فلزات سنگین از آب استفاده میشد، معایب زیر را داشتند.
- یک عنصر خاص را بیش از حد مورد هدف قرار داده اند .
- دستگاه تصفیه آب ظرفیت کمی داشت.
- اغلب بسیار گران قیمت هستند.
تصفیه آب موثر در مورد فلزات سنگین
در حال حاضر نوع جدیدی از فیلتر غشای هیبرید در آزمایشگاه رافایل مزنگا Raffaele Mezzenga که استاد مواد غذایی و مواد نرم در زوریخ ETH Zurich است، تولید شده که به عنوان یک راه حل موثر شناخته شده است. نه تنها این تکنولوژی ساختار فوق العاده ساده ای دارد، بلکه شامل مواد اولیه ارزان قیمت مانند الیاف پروتینی آب پنیر و کربن فعال می باشد. یون های فلزات سنگین را تقریبا میتوان تنها از طریق گذراندن از یک غشای فیلتر، کاملا حذف کرد.
مزنگا با شور و اشتیاق در مورد دستاورد جدیدش میگوید : "این پروژه ممکن است یکی از مهمترین تحقیقاتی باشد که تاکنون انجام داده ام." او و دستیار محققش سرینات بولیستی Sreenath Bolisetty تنها افرادی بودند که در مورد این مطلب کار کردند و تحقیقاتشان به تازگی در مجله فناوری نانو و طبیعت درج شد.
مایه و کربن فعال مورد نیاز
در مرکز دستگاه تصفیه آب نوع جدیدی از غشای هیبریدی از کربن فعال و الیاف سخت پروتئین آب پنیر ساخته شده است. هر دو مواد ارزان و در دسترس هستند و به راحتی تولید می شوند.
اول از همه پروتئین آب پنیر به شکل مصنوعی تهیه می شود که باعث کش آمدن آنها شده و در نهایت با هم به شکل الیاف آمیلویید amyloid fibrils در می آید. همراه با کربن فعال (کربن فعال را به راحتی میتوان از طریق قرص های طبی کربن که در داروخانه ها موجود است، تهیه نمود). این الیاف با مواد فرعی مناسب مانند کاغذ صافی سلولزی بکار می رود . این ترکیب شامل 98 % کربن و ۲% مواد پروتئینی می باشند.
بازیافت طلا مدیون این غشای فیلتر است
این غشای ترکیبی، فلزات سنگین مختلف را به شیوه ای غیر اختصاصی که شامل عناصر صنعتی مرتبط است، مانند سرب، جیوه، طلا و پالادیوم جذب می کند. همچنین مواد رادیواکتیو مانند: اورانیوم یا فسفر۳۲ که مربوط به زباله های هسته ای و یا درمان سرطانه ای خاص هستند را نیز جذب می کند. علاوه بر این، غشاء، سیانیدهای فلزی بسیار سمی را در آب از بین می برد. این دسته از مواد شامل سیانید طلا است که معمولا در صنعت الکترونیک برای تولید مسیر راهنما روی تخته های مدار بکار می روند.
غشاء راه ساده ای برای تصفیه آب و بازیابی طلا فراهم می کند. در نتیجه سیستم تصفیه آب روزی میتواند در بازیافت طلا نیز نقش مهمی داشته باشد. مزنگا میگوید: "سودی که از بازیافت طلا به دست می آید، ۲۰۰ برابر بیشتر از هزینه غشا هیبریدی می باشد."
روند تصفیه آب بسیار ساده است: آب آلوده بوسیله مکش از طریق غشا کشیده می شود. مزنگا میگوید : "با پمپ دستی میتوان مکشی نسبتا قوی ایجاد کرد که به سیستم اجازه کار بدون برق را می دهد. علاوه بر این، سیستم قابل تنظیم بوده و حتی حجم زیادی از آب را با هزینه مناسب تصفیه میکند.
همینطور که آب و املاح، از طریق دستگاه تصفیه آب کشیده می شوند، در مراحل ابتدایی مواد سمی به الیاف پروتئینی که در جاهای متعددی هستند، میچسبند و فیلتر میتواند یون های فلزی را متوقف کند. با این حال سطح زیادی از کربن فعال نیز میتواند مواد سمی زیادی را که باعث به تاخیر افتادن اشباع غشا می شوند، جذب کند. علاوه بر این، الیاف پروتئینی به غشا قدرت مکانیکی داده و در دمای بالا اجازه تسخیر و تبدیل شیمیایی یون ها به نانو ذرات فلزی را می دهد.
ظرفیت جذب بی نظیر
مزنگا در مورد ظرفیت تصفیه غشایی ترکیبی مشتاقانه میگوید: "به عنوان مثال در تست هایی که با کلرید جیوه انجام شد، غلظت جیوه موجود در آب تصفیه شده بیش از ۹۹.۵ % کاهش می یابد. حتی بهره وری با ترکیب سمی پتاسیم سیانید طلا potassium gold cyanide بالاتر بود که به مقدار ۹۹.۹۸ % رسید.
حتی بازده کار در بعضی موارد تصفیه آب به بیش از ۹۹.۹۷ % رسید که مربوط به تصفیه نمک سرب می شد. در مورد اورانیوم رادیواکتیو، میزان تصفیه به 99.94 % بود." نویسنده تاکید کرد : "تنها با یک دور تصفیه آب، به این مقادیر با ارزش دست یافتیم."
غشا ترکیبی، مواد سمی را با اطمینان زیاد و حتی بیشتر از تصفیه های معمول چند مرحله ای، حذف می کند. گرچه غلظت جیوه در مرحله تصفیه از 0.4 ذره بر میلیون ppm تا 4.2 ppm ذره بر میلیون افزایش یافت اما بعد از ۱۰ دور تصفیه، کیفیت پروتئین بکار رفته بسیار کاهش یافت.
محققان برای تصفیه نیم لیتر آب آلوده، از یک غشا با وزن یک دهم گرم استفاده کردند، که هفت درصد وزنش از الیاف پروتیین ساخته شده بود . استاد ETH میگوید: "برای تصفیه ۹۰۰۰۰ لیتر آب که بیش از میزان آب مورد نیاز انسان در طول زندگی است، یک کیلو پروتیین آب پنیر کافی است." او با تاکید بر انعطاف پذیری این رویکرد جدید میگوید: "همچنین این موضوع نشان می دهد که بازده میتواند به سادگی با افزایش میزان پروتیین در غشا، بطور قابل ملاحظه ای افزایش پیدا کند."
قول اطمینان بخش
مزنگا اطمینان دارد که تکنولوژیش به بازار راه پیدا خواهد کرد. او از تجربه سیلی که در برزیل داشت، میگوید: "تقاضاهای متعددی برای این محصول وجود دارد و آب یکی از سخت ترین مشکلاتی است که امروزه با آن روبرو هستیم." استاد ETH تکنولوژیش را به ثبت رسانده و در ماه مارس امسال نامزد جایزه اسپارک زوریخ Zurich's Spark Award شد. با این حال، به دلیل اینکه نشریه علمی می بایست یک فرایند بررسی نه ماهه را انجام دهد، در حال حاضر تنها بولیستی و مزنگا Bolisetty and Mezzenga یافته های خود را عمومی کرده اند.
**ن