הנדסת מים

24 מגזין המים הישראלי הנדסת מים השאולות מעולמות מחקר מקבילים נדרשות כחלופות לטכנולוגיות טיפול במים הקיימות, בעיקר בהקשר של עלות, סלקטיביות כלפי מזהמי מטרה, וקיימות במונחים של צריכת אנרגיה ושימוש בכימיקלים. התפתחות השיטות מבוססות הננו טכנולוגיה בשלושת העשורים האחרונים מתקיים מחקר אינטנסיבי העוסק בפיתוח חומרים בסקאלה ננומטרית. לא במפתיע, כיום ישנה קבוצה מגוונת ועשירה של חומרים ננומטרים מהונדסים עם תכונות ייחודיות השונות ממקבילותיהם ), כגון ריאקטיביות גבוהה ומאפייני משטח bulk( שאינן בסקאלה ננומטרית ומבנה שניתנים לתמרון. חומרים בסקלה ננומטרית נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות הביו, אנרגיה, תקשורת וחישה, אולם אימוץ של ננוחומרים עבור יישומים לטיפול במים הינו איטי יותר. ניתן לייחס את פער זה לעלות ננוחומרים בימינו, לבשלות התהליכי טיפול במים מבוססי-ננו, ולמחויבות להבטחת מערכות טיפול ברות-קיימא ללא השפעה על בריאות האדם והסביבה. בשנים האחרונות, גישות לטיפול במים מבוססות ננוטכנולוגיה נבחנות יותר ויותר כחלופה פוטנציאלית לשיטות הטיהור המסורתיות. מאמר זה עוסק ביתרונות, הגבלות, ושימושים פוטנציאלים למערכות טיפול במים מבוססות- ננו שנמצאות בשלב התכנות ראשונית. עקרונות פיתוח חומרים מתקדמים לטיפול במים כוללים שימוש באלמנטים ננוטכנולוגיים כגון אבני יסוד בסקלת ננו, מבנים ננומטרים, מודיפיקציות פני ). בעזרת אלמנטים אילו, ניתן לשלוט 1 שטח, ושימוש בחומרים מרוכבים (איור בתכונות החומר, לנצל אותם עבור טיפול במים, ומאוחר יותר, להטמיע אותם במערכות מבוססות ננוטכנולוגיה, במיוחד במערכות מבוזרות בקנה מידה קטן. טיפול במים מבוסס-ננו להסרת מזהמים אורגנים ואנאורגנים מתמקד כיום בפיתוח ננו-זרזים (לחמצון המזהמים) וננו-סופחים. השימוש בננו-זרזים ) הינה גישה נטולת כימיקלים וחסכונית photocatalysts שימוש בננו-זרזים ( ליצירת רדיקלים חופשיים לא-סלקטיביים. הרדיקלים מחמצנים מזהמים אורגנים ומפרקים את החומר המזהם ברמה המולקולרית עד לקבלת מים נקיים. יעילותה של הגישה תלויה מאוד ביכולתו של הננו-זרז לקלוט אור, ), ולהפחית את recombination למנוע את דיכוי היווצרותם של רדיקלים ( צריכת הרדיקלים על-ידי מולקולות רקע שנמצאות במים (חומר אורגני ואלקליניות). מאמצים משמעותיים נעשו כדי לשפר אתתהליכי הפוטוקטליזה באמצעות גישות מבוססות ננוטכנולוגיה כגון ננומבנים, שינויי פני השטח, ושימוש בננוחומרים מרוכבים. לדוגמה, אסטרטגיות כדי לשפר את הביצועים פוטוקטליסט בשימוש נפוץ) כולל סימום TiO2 של תחמוצת הטיטניום ( - (אילוח) באטומים זרים כדי לשפעלו באור הנראה (במקום באור אולטרה סגול) 1 µm 1 µm Pristine glass fibers Ceria on glass fibers A 100 nm Nanoceria aggregate B . תמונות מיקרוסקופית אלקטרונים סורקת של ננוחלקיקי סרייה (למעלה), A . מקרה מבחן לפיתוח חומר מתקדם לטיפול במים. 2 איור ) להסרת מזהמים ממים, כמערכת nanoceria . ננו-סיבים מבוססי סריה ( B ננוסיבי סיליקה (אמצע) וסרייה על פני סיבי סיליקה (למטה). ) המאפשרות regeneration מולטיפונקציונלית להסרת מיקרומזהמים במנגנוני חמצון (למטה) וספיחה (למעלה) עם יכולות התחדשות ( .) reuse שימוש חוזר ( אלמנטים של ננטכנולוגיה יכולים להיות מנוצלים עבור טיפול במים, ומאוחר יותר, ניתן להטמיע אותם במערכות מבוססות ננוטכנולוגיה, במיוחד במערכות מבוזרות בקנה מידה קטן