تکنولوژی و فناوری حبابهای نانویی (نانو بابل ها/ نانو حباب ها):

راه حل های پایدار دوستدار محیط زیست نساجی

Nanobubble Technology: The Sustainable Eco-Friendly Textile Solutions

مقدمه:

طبق گفته ی  یونیسف و سازمان بهداشت جهانی، یک سوم مردم جهان به آب شرب سالم دسترسی ندارند. طبق گزارشات ایالات متحده مبنی بر اینکه حدود 1.5میلیون  نفر از مردم هر ساله از آب شرب آلوده می-میرند! بنابر آنکه بیش از 70 درصد سطح کره زمین را آب پوشانده است، هنوز مردم بر سر آب شرب جنگ می کنند. آیا این قابل قبول است؟ آیا ما مسئول این نیستیم؟ بله! ما مسئول هستیم، اقتصاد اجتماعی ما برای آلودگی آب مسئول است.

• آلودگی آب چیست؟

آلودگی آب می تواند به ماننده آلودگی یک جریان، رودخانه، دریاچه، اقیانوس یا هر گستره ی آبی ای که کیفیت آب را ببلعد و آن را برای محیط زیست و انسان ها سمی کند، تعریف شود.

شکل 1 : الودگی آب

دو نوع آلودگی آب وجود دارد:

1.آلودگی آلی ناشی از میکروارگانیسم ها، باکتری ها و ویروس های موجود در آب که توسط ضایعات مدفوع، جانوران و گیاهان ایجاد می شود.

2. آلودگی شیمیایی که به وسیله ی نیتراتدها، فسفاتدهای آفت کشدها، داروهای انسان و حیوان، محصولات خانگی، فلزات سنگین، اسیدها و هیدروکربناتدهای استفاده شده در صنعت ایجاد می شود.

• چگونه صنایع نساجی مسئول آلودگی آب ها است؟

صنعت نساجی در بنگلادش موتور بزرگی برای ترقی رشد اقتصادی در کشور شد. اگرچه، با آن موفقیت بزرگ زوال محیط زیست پدید آمد. پساب های تصفیه نشده حاوی فلزات سنگین از کارخانه های نزدیک به داخل رودخانه ها وارد شدند.

بر اساس داده های سازمان بازرسی برای کارخانه ها و منتشراتشان، حدود 3500 کارخانه ی لباس در Dhaka کار می کنند. فاضلاب صنایع نساجی در بنگلادش حدود 217 میلیون متر مکعب در سال 2016 تخمین زده شد که شامل محدوده الاینده های وسیعی می شده و اگر صنایع نساجی همینطور به رنگرزی متداول ادامه دهد، میزان فاضلاب این صنعت در سال 2021 به 349 میلیون متر مکعب خواهد رسید. ضایعات صنایع و پساب های حاوی فلزات سنگین مانند وانادیوم، مولیبدنوم، زینک، نیکل، مرکوری، لید، کوپر، کروم، کادمیم و آرسنیک در همسایگی حوزه های صنایع منتشر و آب رودخانه آلوده می شوند.

شکل 2 : آلودگی آب در رودخانه Buriaganga

رنگرزی منسوجات دومین الاینده ی بزرگ آب در سراسر جهان است و تولیدات صنعت مد 20 درصد فاضلاب جهان را تولید می کند. براساس گزارش سال 2019،  بانک جهانی اظهار داشت که " برخی از تحقیقات نشان داده اند که صنعت نساجی مقصر یک پنجم آلودگی جهان می باشد". ممکن است مصرف آب بخش بزرگی از صنعت نساجی باشد، برای پخت، سفید کردن و فرایندهای رنگرزی استفاده شود. جنبه های الودگی عمدتا از فاضلاب ها ناشی می شود.

آیا می دانید؟

پنبه و دنیم (پارچه جین) بخش بزرگی از مواد صنعت نساجی را تشکیل می دهد. حدود 2000 لیتر آب برای تامین پنبه تی شرت و یک جفت جین لازم است. برای نشان دادن بعد دیگر لازم است بگوییم، حدود 13 سال زمان لازم است تا این میزان آب نوشیده شود. همچنین تولید پنبه به صورت متداول شامل استفاده ی مقادیر زیادی کود¬ها و سموم دفع آفات است، که ممکن است آبهای اطراف را آلوده سازد.

الان زمان درستی برای انجام کاری است که آب برای بخش اصلی اقتصاد آلوده نشود. طراحی لباس پایدار دوستدار محیط زیست برای صنایع نساجی یک چالش جدید می باشد. ما در تلاش هستیم که با استفاده از جین و تی شرت ها، دنیایی پایدار بسازیم.

ما از فناوری نانوبابل در بخش نساجی مان به دو روش استفاده می کنیم:

1. تصفیه فاضلاب: خالص سازی آب در محیط بسته ی آبی (Wastewater treatment)

2. جریان ای: یک روش جدید شستشوی پایدار پوشاک (E-flow) طی دو دهه گذشته کاربرد صنعتی نانوبابل ها به علت واکنش پذیری و ثبات آنها در مقایسه با ماکرو و مییکروبال ها، به طور تصاعدی افزایش یافته است.

نانو بابل چیست؟

نانوبابل ها حباب گاز های کوچکی هستند که خواص فیزیکی منحصر به فردشان باعث شده است که با حباب های معمولی خیلی متفاوت باشند. همین خواص نانوبابل ها را روش برتر هوادهی برای چندیدن کاربرد در سراسر دنیا کرده است. مفهوم نانوبابل ها اولین بار در سال 1994 برای توضیح نیرو های جذب کننده ی پیش بینی شده بین صفحات آب گریز در آب بیان شد.
نانوبابل ها کوچک ترین سایز شناخته شده ی حباب هستند، در واقع 500 بار کوچک تر از یک میکروبابل یا حدودا به اندازه ی یک ویروس هستند! در این سایز، تعداد بیشتری از نانوبابل ها در مقایسه با حباب¬های دیگر می توانند در یک حجم یکسان آب جا شوند!

شکل 3 : سایز نانوبابل ها

کاربرد تکنولوژی نانوبابل ها:

1. شناورسازی هوای محلول

2. اصلاح حوضچه ها و دریاچه ها

3. تصفیه فاضلاب

4. باغداری

5. پرورش آبزیان

6.  فرایندهای پاکسازی

7. روغن و گاز (نفت و گاز)

8. معدن

تصفیه فاضلاب و نانوحباب ها:

نانوبابل ها دارای خواص منحصر به فردی هستند که مستقیما به سایز بسیار کوچکشان مرتبط می شود، که شامل شناوری خنثی، بار الکتریکی قوی، مساحت سطح، راندمان بالای انتقال و ظرفیت تولید رادیکال آزاد می باشد. بنابر این خواص، از سال 2004 نانوبابل ها در مسائل محیط زیست بصورت تصاعدی استفاده شده اند.حباب های بزرگتر این خواص را ندارند،فلذا انها را در مقایسه با نانوبابل های  tomoleaerاز کاربرد هایی با سود کمتر برخوردارند.

شکل 4 : اکسیداسیون

هیدروکسیل ها

یون هیدورژن

نیروی الکترواستاتیک

تنش سطحی

خالص سازی آب در فضای بسته ی آب:

1. بازده بالای انتقال گاز:

در بازگردانی آب طبیعی و تصفیه فاضلاب، هوادهی نقش اصلی در رساندن اکسیژن ایفا می کند که نه تنها به عنوان یک جزء زنده نگهدارنده حیات آبزی بلکه به عنوان بستر واکنش بیوشیمیایی برای دی-اکسیده کردن الاینده های اکسیداتیو نیز مهم است. نانوبابل ها شناوری کمی دارند و بنابراین اکسیژن را به آرامی در اطراف آب  پخش می کنند. بازده بالای انتقال گاز باعث می شود هوادهی نانوبابل ها به یک منبع اکسیژن سازگار  مقرون به صرفه تبدیل شود. اگرچه، قابل ذکر است که حرکات براونی نانوبابل و سطح بالای گرما و امواج شوک  تولید شده از فروپاشی نانوبابل ممکن است شاملتنش یا ایجاد آسیب به سلول های بیولوژیکی و از بین رفتن بیوفیلم ها شوند.

شکل 5: شناوری خنثی

2.اکسیداسیون مواد آلی و ضدعفونی پاتوژن ها

فناوری نانوبابل می تواند یک رویکرد غیر واکنشی مقرون به صرفه که  می تواند  گونه های اکسیژن واکنشی پذیر متعدد (ROSs) را که حین فرایند فروپاشی نانوبابل تولید می شود، شامل رایکال های هیدروکسیل (•OH) ، رادیکال های آنیون سوپراکسید (O2•-) و اکسیژن واحد(O2) را معرفی کند.

3. تولید در فاضلاب خام

تمرکز اصلی فناوری نانوبابل در تولید نانوبابل پایدار و ارزان در فاصلاب است که پتانسیل بالایی برای کاربرد های عملی  پتانسیل بالایی  دارد.

شکل 6 : خالص سازی آب در فضای بسته آب

چگونه نانوبابل ها را تولید کنیم؟

نانو بابل ها به طور مکرر از طریق ایجاد حفره در محلول تولید می شوند. حفره بوسیله ی کاهش فشار تا زیر فشار بحرانی معین ایجاد می شود. براساس مکانیزم کاهش فشار، مکانیزم های حفره به چهار دسته¬ی مختلف دسته بندی میشود.

1 . هیدرودینامیک – متنوع در فشار فلاکس مایع بسته به هندسه ی محیط

2. آکوستیک – حفره ی آکوستیک بوسیله¬ی اعمال فراصوت به مایعات ایجاد می شود.

3. جزء عبور فتونهای نوری با شدت بالا در مایعات

4. نوری – لیزرهای پالس کوتاه متمرکز بر محلول هایی با ضریب جذب کم

نانوبابل های تولید شده به روش هیدرودینامیک معمولا در روش های زیر استفاده می شوند:

-حل کردن گاز ها در مایعات بوسیله ی فشرده سازی جریان گاز در آب و سپس آزادسازی مخلوط  آن ها در نازل هایی در سایز نانو برای تولید نانوبابل ها

-وارد کردن / تزریق گازهای فشار با فشار کم به داخل مایعات برای شکستن گاز به حباب ها بوسیله ی تمرکز بر نوسان مایع یا ارتعاش مکانیکی

برای تولید نانوبابل به جای استفاده از نازلهای BT-50FR در ابعاد میکرو و نانو ، از روش حفره ی هیدرودینامیکی  استفاده شد. این روش گردش آب گاز، گاز میکرو و نانوبابل در آب تولید می کند. ابتدا، آب داخل نازل با ایجاد اثر چرخشی گریز از مرکز پمپ می شود. آب چرخشی در خارج از نازل جایی که گاز مورد نظر در یک نرخ مشخص وارد می شود، خلاء ایجاد می کند. گاز بوسیله ی خلاء به داخل آب چرخشی به عنوان یک مخلوطی از میکرو و نانوبابل ها خارج خواهد شد. به جز گاز ازون، گاز از یک سیلندر گاز فشرده شده با رگولاتور تامین می شده است. یک تولید کننده ازون هم برای تولید نانوبابل های ازون استفاده شده است.

تنظیمات آزمایشگاهی نانوبابل

شکل 7 : تنظیمات آزمایشگاهی (شکل تنظیمات تولید نانوبابل ازون را نشان می دهد. برای تولید سایر حباب های گازی، گاز مستقیما به جای ژنراتور ازون به سیلندر گاز متصل است.)

شستشوی البسه :

بوسیله ی یک شرکت اسپانیایی به نام Jeanologia بر اساس نانوبابل ها، یک فناوری جدید ایجاد و ثبت اختراع شد. فناوری نانوبابل سطح لباس را برای دستیابی به زیردست نرم و کنترل جمع شدگی تفکیک کرد. در این روش مقدار آب کمی نیاز است و نیازی به شارژ دوباره از فرایند وجود ندارد. فناوری نانوبابل به صورت گسترده به عنوان جریان – ای (e-flow) شناخته شده است.

هوا از اتمسفر به داخل یک راکتور جریان الکتریکی وارد می شود و در اثر شوک الکترومکانیکی  نانوبابل ها ایجاد و جریان هوا مرطوب می شود. نانوبابل ها به داخل یک کانتینر چرخان حاوی نمونه های دنیم منتقل می شوند که به نمونه ها زیردست طبیعی و نرم می دهد.

شکل 8 : شمای فرایند جریان-ای

نمونه ها  خشک میشوند حتی اگر امکان پذیر باشد در همان یک دستگاه خشک می شوند. زمانی که با این فناوری لباس ها با رنگ ایندیگو رنگرزی می شوند ، ممکن است مقداری آلودگی عرضی ایندیگویی ایجاد شود که  می¬تواند با یک تکمیل خشک کن ازنی از بین برود. چند نمونه از استفاده از این فناوری در پوشاک در تصویر زیر نشان داده شده است.

شکل 9 : برخی از نمونه های استفاده از فناوری نانوبابل
 

اگر روی سطح جین رنگ نیلی / ایندیگوی فیکس نشده وجود داشته باشد، فرایندهای جریان – ای ملکول رنگ نیلی/ ایندیگو را از سطح جین برداشته و سپس فرایند یک پارچه پیش-جمع شده (pre-shrinkage) را تولید می¬کند. بنابراین وقتی پارچه شسته می شود، جمع نمی شود. این ماشین ظرفیت 3600 لیتری  و مصرف برق متوسط 11 کیلوواتی دارد. ما می توانیم آن را در دو نوع داشته باشیم: جعبه ارتباطی خشک و تر. ما  می توانیم برای  ایجاد اثرات سه بعدی، مراقبت آسان و بشو رو بپوش کردن لباس، دفع آب و نرم کنندگی از رزین استفاده کنیم. بنابراین  پوشیدن لباسها با  ثبات رنگی و  ثبات مالشی بهبود یافته  راحت تر می باشد.

شکل 10 : ماشین جریان ای
 

مزایای فرایند:

شرکت های تکمیل لباس در هر دو بعد اقتصادی و محیط زیست سود خواهند برد. این فرایند مصرف آب را تا 95 درصد در فرایند تکمیل لباس کاهش می دهد. آب و مواد شیمیایی را به محیط زیست وارد نکنید.

شکل 10 : مزایای جریان ای

نتیجه:

بنابراین، ما می توانیم بگوییم که در آینده آب تمام خواهد شد. اگر ما بخواهیم، می توانیم از  آلایندگی های آبی ناشی از صنعت نساجی جلوگیری کنیم. با کمک فناوری نانو حباب می توانیم جهان خود را پایدار کنیم. مسئولیت اصلی ما حفظ کشورمان و همچنین حفظ بخش اصلی اقتصادی با استفاده از فن آوریهای مدرن روز می باشد.

منبع

https://textilelearner.net/nanobubble-technology/

لینک اشتراک گذاری:

https://b2n.ir/nassajyar346