電気工学および電子技術ジャーナル

ナノテクノロジーによる水質浄化

アルジュン・マイティ  

最近、環境浄化に特別な反応性と有用性を持つナノ構造材料を開発するための幅広い取り組みが行われています。新しい水源と現代の廃水の両方に存在する Cr、Hg、As、Pb、Ni、Co などの重金属は毒性が高く、自然の摂理によって生体内に蓄積し、その結果人体にも蓄積するため、健康および環境にとって重大な問題です。今日、ポリアニリンとポリピロールをベースにした高性能ポリマーナノ構造材料は、小型で設計が簡単で無害であり、高い吸着限界を示し、粒子交換特性も備えているため、水処理における有望な材料です。最近、私たちは、非常に有害な毒素を除去するために、in situ 重合プロセスを通じて最先端のポリマーベースのナノ複合材料を開発しました。吸着剤の外側への汚染物質の吸着は、ATR-FTIR と XPS によって確認されました。XPS 抽出物は、特定のロボット角度も示しました。脱着研究によると、吸着質の回収は限られているものの、吸着剤は本来の性能を著しく損なうことなく、回収した吸着剤を効果的に再利用できる。一方、使用済みの吸着剤は、触媒、抗菌作用、ガスセンサーなど、さまざまな用途に再利用できる。ろ過技術の有益な進歩に対する要求により、水精製用のナノファイバー層などの最先端の材料はほとんど考慮されていない。廃水中の有機物や有機物の凝集の兆候の存在は大きな問題であり、凝固/フロック形成や塩素技術などの流動的技術では満足のいく結果が得られない。これらの技術によって生成される余分な量の液体は、さらに処理および除去する必要がある。ナノテクノロジーは、このような要件にぴったりの一次制御材料を製造できるため、ろ過用途に非常に大きな可能性を秘めている。電界紡糸ナノファイバー層 (ENM) は、従来の層と比較して非常に高い透過率と高い除去率を提供する最先端のフィルム技術である。 ENM は、従来の膜と比較して軽量でスマート、かつエネルギー消費量が少ない方法を提供することで、水と下水の浄化に変革をもたらします。ENM の多孔度は高く、通常約 80% ですが、従来の膜の多孔度は 5～35% です。ナノ設計膜は、その興味深い特性により、水処理に大きな可能性を秘めています。この関連で、電界紡糸膜は、水処理に有望な機能を備えた柔軟なプロセスとして登場しています。この研究では、サウジアラビアのタブク下水処理場の汚損問題と廃水処理に対処するために、廃水処理での ENM の使用とナノ膜の表面改質に焦点を当てています。水は、人間の食事において重要でありながら無視されている栄養素です。水の浄化には多くの進歩がもたらされていますが、この分野でのナノテクノロジーの発展はコストを削減し、浄化プロセスの効率も向上させることができます。さらに、ナノテクノロジーにより、非工業国でもこのような水浄化システムを使用でき、きれいな水へのアクセスが拡大します。このセクションでは、飲料水の浄化におけるナノテクノロジーの進歩と新たな用途について徹底的に調査します。無機重金属、有機物、微生物などの一般的な飲料水の異物と、それらの除去の推進プロセスについて説明します。セクションの大部分は、吸着と膜分離の領域におけるナノテクノロジーの用途、特にナノテクノロジーと設計されたナノ材料がどのように従来の水ろ過方法の効率を向上させ、コストと環境への影響を軽減するために使用されているかについて検討します。

地球上の生物にとって最も重要なのは、安全でクリーンな飲料水へのアクセスです。世界的に、人口増加、工業化、発展、自然の変化、農業活動によって大きな負担がかかっているため、水が豊富な地域でも水不足は避けられません。安全な水へのアクセスの問題は避けられず、膨大な研究が必要です。ナノテクノロジーはさまざまな分野で多くの効果的な用途がありますが、最近では水と廃水処理への応用が急速に発展し、有望な分野として浮上しています。このセクションでは、有害な金属、天然および無機化合物、細菌、ウイルスによって汚染された表層水、地下水、産業廃水の処理のためのナノスケール材料とプロセスの開発に関する新しい進歩を取り上げます。また、人工ナ​​ノ材料が人間の健康と環境に及ぼす毒性についても検討します。このセクションでは、ナノ材料に関連する危険性とともに、水と廃水処理システムにおける人工ナノ材料の運命と移動についても扱います。