هوای پاک
قسمت ۳:
هرچه تصفیه سازی هوا به طور کامل امکان پذیر نیست، با این حال، با استفاده از مواد نانو می توان کیفیت هوا را بهبود بخشید. این کار سبب ریشه کنی بوهای ناخوشایند و آلاینده ها می شود. هوای سالم، یک منبع اساسی و مهم است و در عین حال، روز به روز بر ارزش آن افزوده می شود. قانون وضع شده اولیه، بر کاهش تراز آلایندگی هوای بیرون تاکید داشت تا با این رویکرد، نیاز به بهبود کیفیت هوای داخل مرتفع گردد. خواص تصفیه کنندگی هوا در مواد نانو، در هر دو حالت نیز سودمند است و نقش مهمی در بهبود کیفیت شرایط محیطی داخل و خارج ایفا می کند، هرچند که این نقش در مورد هوای خارج، پر رنگ تر است.
هوای داخل
کیفیت هوای داخل، به ویژه در کشورهای صنعتی که مردم وقت زیادی را در فضاهای داخلی و سرپوشیده سپری می کنند و بوهای ناخوشایند و حتی آلاینده ها، مشکلات عادی محسوب می شود، از اهمیت خاصی برخوردار است. هرچند که حس بویایی، بر احساس کلی انسان و سرزنده بودنش، اثری شگرف دارد، با این حال، این مسئله اغلب نادیده گرفته می شود. علاوه بر مواد خطرناک، بوهای ناخوشایند نیز تاثیر قابل توجهی بر چگونگی احساس ما دارد. وقتی که کیفیت هوا ناگوار باشد، احساس راحتی، حتی در زیباترین فضاها به انسان دست نخواهد داد.
به این مشکل، با از بین بردن کم و بیش بوهای ناخوشایند فضای داخل، رسیدگی می شود. این کار به کمک هوارسانی به داخل و نیز با عطر افشانی و یا بهره گیری از مواد جاذب انجام می شود، هرچند که ظرفیت اثر بخشی این اقدامات محدود است. در سوی دیگر این ماجرا، فن آوری نانو، تجزیه بوهای نامطلوب را به اجزای تشکیل دهنده ی بی ضرر آن امکان پذیر می سازد. در این حالت، مولکول شکسته شده و بخار و دی اکسید کربن متصاعد می شود.
از این رویکرد می توان برای مقابله با سندروم ساختمان های مدرن نیز استفاده نمود. به منظور کارکرد مناسب این رویکرد، مساحت سطح تصفیه کننده ی هوا، باید نسبت به حجم اتاق کافی باشد. سطوح مذبور، آن هایی هستند که در معرض هوا قرار دارند و سطوح زیر مبلمان شامل آن ها نیستند. گردش طبیعی هوا برای انجام فرآیندهایی که بر پایه کاتالیز کردن اکسیداسیونی است، کفایت می کند. با این حال در فرآیندهای فوتوکاتالیکی که می شود از آن برای تصفیه سازی هوا بهره جست، روشنایی روز لازم است. به همین صورت، استفاده از سیستم های فوتوکاتالیکی برای فضاهای داخلی باید با طراحی کاملا دقیق همراه باشد. اثر کاتالیتیک و در نتیجه، عمل تصفیه کنندگی مواد نانو برای هوا، از بین رفتنی نیست و از این رو، یک مزیت بیشتر به حساب می آید. مشابه چنین قاعده ای را می توان برای آلاینده هایی چون نیکوتین و فرمالدئید به کار بست. مولکول های این ترکیبات را می توان شکست و از هوای داخل، به بیرون برد. برخلاف سایر آلاینده های معروفی چون پنبه نسوز، فرمالدئید در ساختمان، الزاما از قبل وجود ندارد و می توان آن را به عنوان بخشی از تاسیسات جدید قلمداد کرد.
نیکوتین ماده دیگری است که می توان آن را با استفاده از مواد نانو تجزیه کرد و در بعضی موارد، نیاز به جداسازی نواحی مجاز و غیر مجاز استعمال دخانیات را با کمک آن مرتفع ساخت.
بوی آمونیاک، بنزین و ماهی را که قابلیت بیشتری در منتشر شدن دارند، می شود با استفاده از مواد نانو برطرف کرد. در حال حاضر، این موضوع، به صورت پژوهش پیرامون تجزیه مواد بیشتر، دائما در حال بسط و توسعه است.
فناوری تصفیه کنندگی هوا به شکل فرایندی در نساجی و رنگ استفاده می شود. باید توجه داشت که اگر چه ممکن است کیفیت هوا بهتر شود، ولی الزاما این بهتر شدن به معنای رسیدن به حد مطلوب نیست.
عوامل دیگری همچون مقدار اکسیژن و رطوبت نسبی، در کیفیت هوا دخیل اند و به هنگام استفاده از محصولات تصفیه کننده ی هوا، این موضوع نباید نادیده گرفته شود. تصویر غلطی است که استفاده از یک فرش تصفیه کننده ی هوا، به بی نیازی از گشودن پنجره و ورود هوای تازه قلمداد شود. این مساله نمی تواند جایگزین تهویه مطبوع منظم باشد.
شرکت Nanotwin با ساخت دستگاهی با استفاده از نوعی نانوذره‌های فوتوکاتالیستی به نام NanoBreeze برای پاک‌سازی و تصفیه هوای درون اتاق‌ها فعالیت می کند. بنابرگزارش EPAهوای داخل خانه‌ها و ساختمان‌ها می تواند بسیار بیشتر از هوای بیرون ساختمان‌ها آلوده باشد و از آنجا که مردم تقریباً ۹۰% زمان خود را درون خانه به سر می‌برند، احتمال به‌خطرافتادن سلامت افراد در هوای آلوده داخل ساختمان‌ها بیشتر از بیرون است.
این دستگاه گازهای مضر ناشی از سوخت یا دود توتون، ذرات آلرژی‌زا، بوی کپک‌زدگی یا ماندگی و دود پلاستیک‌ها، رنگ‌ها (روغن‌ها)، عطرها و تمیزکننده‌ها را تجزیه می‌کند. این محصول مواد شیمیایی آلی فرار (VOCs) و آئروسل‌های زیستی را اکسید می کند.
ConsERVTM
این محصول برای سیستم‌های تهویه مورد استفاده قرار گرفته و موجب کاهش مصرف انرژی و انتشار گاز گلخانه‌ای شده‌است. همچنین استفاده از این فناوری موجب کاهش ابعاد سیستم تهویه شده که این کار در نهایت، قیمت تمام شده محصول را نیز کاهش می‌دهد. دلیل کاهش ابعاد این سیستم، بالاتر بودن کارایی آن است که دیگر نیازی به ساخت سیستمی با ابعاد بزرگ نیست.
سازمان ارائه دهنده تأییدیه عملکرد موسوم به AHRI، سازمانی است که وظیفه آن، بررسی ادعای تولیدکنندگان سیستم‌های حرارتی، خنک کننده و تهویه است. عملکرد این دستگاه توسط این سازمان مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت استاندارد بودن آن تأیید شده‌است. این سازمان آزمون‌های مورد نظر خود را به آزمایشگاه‌های معتمد واگذار می‌کند.
بعد از انجام آزمون‌های مختلف روی این محصول، در صنایع مورد استفاده قرار گرفته است. از محصولاتی که تاکنون از این فناوری استفاده کرده‌اند می‌توان به NanoClearTM اشاره کرد. NanoAirTM نیز یک سیستم خنک کننده و گرمایشی است که از این فناوری بهره‌مند شده‌است NanoAirTM اخیراً توسط وزارت انرژی آمریکا استفاده شده‌است.
کارلس کنیون، مدیرعامل شرکت مولتی‌تسک، می‌گوید: «فناوری AqualyteTM علمکرد بالایی داشته و در حال حاضر توسط صنایع مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است.
ساخت فیلتر هوای مادام‌العمر با کمک فناوری نانو/ فناوری نانو برای تنفسی پاک
این بار پژوهشگران دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف تلاش کردند با ساخت نانوفیلتر ویژه‌ای جهت پالایش هوا، این فناوری را به داخل خانه‌ها ببرند.
نانوفیلتر ساخت دانشگاه صنعتی شریف که از پدیده فتوکاتالیز استفاده می‌کند قادر است به صورت مادام‌العمر و بدون افت کیفیت کار پالایش هوا را از آلاینده‌ها و مواد سمی موجود در آن انجام دهد. این فیلتر از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و مقادیر کمی از مواد تقویت کننده دیگر ساخته شده است که در مجاورت نور فرابنفش، میکرو ارگانیسم‌ها و آلاینده‌های هوا را از میان می‌برد.
حسین رضاییان بزاز مجری پروژه ساخت سامانه پالایش فتوکاتالیستی هوا شیوه عملکرد این نانوفیلتر را این‌گونه شرح می‌دهد: «نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم در مجاورت نور فرابنفش زوج الکترون-حفره تولید می‌کنند. این زوج‌های الکترون-حفره میل واکنش قوی داشته و در مجاورت مولکول‌ها واکنش‌های اکسید کنندگی و احیا کنندگی انجام می‌دهند. لذا مولکول‌های مواد آلی بعد از یک یا چند بار اکسید شدن، در نهایت تبدیل به آب و دی اکسید کربن می شوند. زوج‌های الکترون-حفره در مجاورت میکروارگانیسم‌ها نیز میل واکنشی قوی با مولکول‌های جدارۀ میکروارگانیسم‌ها داشته و باعث تخریب و مرگ آن ها می‌شوند. هنگام عبور هوا از بین روزنه‌های ساختار متخلخل سرامیک آلومینا که با نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم پوشش داده شده است، مولکول‌های آلاینده و میکروارگانیسم‌ها در مجاورت نانوذرات قرار گرفته و طبق مکانیسمی که شرح آن داده شد، تجزیه می‌شوند و بعد از چند بار چرخش هوا در این دستگاه، هوای محیط مورد نظر پاک می شود.» رضاییان در ادامه با اشاره به اهمیت ساخت فیلترهای هوا در کشور گفت: «پیش از این فناوری ساخت فیلترهای تصفیه هوا که استفاده‌های بسیاری به ویژه در دستگاه‌های تصفیه هوای بیمارستان‌ها دارند در کشور وجود نداشت و این فیلترها تماما از خارج کشور وارد می‌شد. با توجه به اینکه فیلترهای معمولی مبتنی بر حذف فیزیکی آلاینده ها از هوا هستند، لذا هر چند ماه یک بار می بایستی تعویض شوند و هزینه زیادی را به کاربران تحمیل می‌کنند. اما نانوفیلتر ساخته شده در دانشگاه صنعتی شریف علاوه بر اینکه از فناوری بومی استفاده می‌کند، با توجه به استفاده از روش شیمیایی نانوفوتوکاتالیستی نیازی به تعویض نداشته و می‌تواند به صورت دایمی به پالایش آلاینده‌ها بپردازد.»
گفتنی‌ست؛ ساخت سامانه پالایش نانوفتوکاتالیستی هوا که پس از پنج سال تلاش در آزمایشگاه نانو ذرات و پوشش‌های نانومتری دانشگاه صنعتی شریف و زیر نظر دکتر نیما تقوی نیا، انجام شده است، هم‌اکنون در ابتدای مرحله تولید صنعتی قرار دارد. همچنین این طرح به عنوان اختراع به ثبت رسیده و دارای تأییدیه نانومقیاس از ستاد توسعه فناوری نانو هست. این مجوز تأیید می‌کند که در این فیلتر از مواد نانو با خاصیت ذکرشده استفاده شده است.
هوای بیرون
آلودگی زیست محیطی و کیفیت هوای بیرون، برای مدت ها موضوع مباحثه عمومی در اروپا و به ویژه در قالب آموزش توسعه پایدار بوده است. ظرفیت تصفیه کنندگی هوا برای بتن فوتوکاتالیتیکی، یک وسیله پر قابلیت برای پیکار با آلاینده های موجود ایجاد می کند. اخیرا نمای ساختمان ها، سطح خیابان ها و موارد مشابه که با پوشش های مناسبی تجهیز یافته، با هدف خنثی سازی اثرات اگزوز واحدهای صنعتی و وسایل نقلیه، تحت آزمایشات تاسیساتی قرار گرفته است. مشخص شده که بتن فوتوکاتالیتیک خود پاک کننده، اثر تصفیه کنندگی هوا را نیز دارد. این اثر مضاعف، بعدا کشف شد و پیشرفت های جدید کنونی، مرتبا تیتر اخبار را تشکیل می دهد. کاربردهای ذکر شده را می توان در سنگفرش تصفیه کننده ی هوا، سطوح خیابان و رنگ به کار برد.
بسته به شرایط، امکان ریشه کن سازی آلاینده های موجود در هوا، از ۲۰% تا ۸۰% وجود دارد. عابرانی که در کنار دیوارهای مجهز به این پوشش ها قدم می زنند، در هوای نسبتا پاک تری تنفس می کنند.
نظیر اقدامات صورت گرفته برای هوای داخل، کاربردهای تصفیه هوای بیرون، صرفا یک اقدام تقویتی جهت مقابله با علائم بیماری و ابزاری مناسب برای کاهش آلاینده های موجود است. این اقدامات، از بین برنده علت آلودگی نیست ولی می توان از آن برای کم کردن دود و بهبود کیفیت هوای بیرون استفاده کرد.
رنگ‌آمیزی‌کردن با نانوذرات به منظور تصفیه و پاک‌سازی هوا
شای لیی، نایب رئیس مرکز تحقیقات علوم و فناوری نانوی دانشگاه شانگهای در نشست بین‌المللی فناوری‌نانو اعلام داشت که در آینده از مواد پوششی به طور گسترده‌ای به عنوان تصفیه‌کننده‌های دائمی هوا استفاده خواهد شد.
ماده اصلی این پوشش‌ها اکسید تیتانیوم می‌باشد که حاصل فناوری پیشرفته نانو است. قرار گرفتن مواد آلاینده هوا بر روی این پوشش، در معرض نور خورشید، باعث تجزیه مواد اصلی آن ها و در نتیجه رفع آلودگی هوا می‌شود. ازجمله این آلودگی‌ها می‌توان به فرمالدئید و نیترید اشاره کرد.
طبق گفته محققان، ذرات مواد پوششی جدید، بسیار کوچک‌تر از ذرات مرسوم بوده، لذا فضای بین آن ها کم می‌باشد و اگر در رنگ‌آمیزی دیوارها به کار روند موجب تجزیه آلاینده‌های هوا خواهند شد. از این مواد در پوشش سطح جاده‌ها نیز می‌توان استفاده کرد.
تولید سیمان های تصفیه کننده هوا
این گونه سیمانها، در تونلها و محیطهایی که بسته است و تردد خودروها در آنجا زیاد است استفاده می شود و نقش تصفیه کنندگی هوا را برعهده دارد. این کارکرد، نقش کاتالیزوری سیمان را نمایان می سازد.
در آزمایشی که در سال ۲۰۰۳ ترتیب داده شد شرکت ۷۵۰۰۰ Nano twin فوت مربع از جاده‌های خارج شهر میلان را با سیمان فوتوکاتالیزوری پوشاند. نتیجه به دست آمده آن کاهش ۶۰درصدی سطح اکسید نیتروژن بود که این میزان البته به شرایط آب و هوایی همبستگی داشت.درآزمایش مشابهی هم که درفرانسه انجام شد سطح اکسید نیتروژن در محدوده دیوارهایی که با سیمان فوتوکاتالیزوری پوشانده شده بود نسبت به دیوارهای پوشیده شده با سیمان معمولی بین ۲۰ تا ۸۰ درصد کاهش نشان داد.
منابع:
سایت نیکاپاک
نانو در معماری (سایت نیکاپاک)
