حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش
فناوری نانومعماری در سیستم‌های تصفیه هوا

فناوری نانومعماری در سیستم‌های تصفیه هوا

تاریخ : ۱۳۹۹/۱۱/۰۲ تعداد بازدید :‌ ۷۹۲
نویسندگان : فائزه باغانی-مترجم
برای جلوگیری از گسترش عفونت سندرم حاد تنفسی کروناویروس (SARS-CoV-2)، اقدامات فاصله‌گذاری اجتماعی و قرنطینه در سراسر جهان اجرا شده است. در میان این بحران، به علت کاهش جهانی تولیدات، مسافرت‌ها و ساخت و ساز، آلودگی هوای شهرها تا ۵۰ درصد کاهش یافته است این مقاله به چگونگی کمک یک سیستم تصفیه هوای مبتنی بر فناوری نانومعماری (nanoarchitecture) در کاهش آلودگی هوا می‌پردازد.

پیامدهای آلودگی هوا

کاهش آلودگی هوا نشان داده‌است که چگونه جامعه مدرن به احتراق سوخت‌های فسیلی وابسته است. سوزاندن سوخت‌های فسیلی منجر به انتشار گازهای سمی مانند ترکیبات آلی فرار (VOCs)، اکسیدهای نیتروژن و گاز سمی مونوکسید کربن می‌شود. این گازها برای سلامت انسان و محیط‌زیست بسیار مضر هستند. به عنوان مثال، VOCs مانند فرمالدهید، می‌تواند باعث ایجاد سرطان شود و گزارش شده‌است که در صورت واکنش VOCs با اکسیدهای نیتروژن، یک مولکول ازن ایجاد می‌شود. این امر باعث مشکلات تنفسی و حتی مرگ زودرس می‌شود. سازمان بهداشت جهانی (WHO) اعلام کرد سالانه ۷ میلیون نفر جان خود را به دلیل کیفیت پائین هوا از دست می‌دهند.

در سال ۱۹۵۰، مهندس مکانیک یوجین هادری، برای رسیدگی به دود سیاهی که در لس‌آنجلس و دیگر شهرهای آمریکا ایجاد شده بود، اولین مبدل کاتالیزوری را اختراع کرد. مبدل‌های کاتالیزوری از فلزات گران‌قیمت مانند پلاتین یا پالادیوم استفاده می‌کنند. این کاتالیزورها به تسریع تبدیل شیمیایی آلاینده‌های مضر هوا به محصولات جانبی کمتر سمی، نظیر کربن دی‌اکسید، بخار آب و نیتروژن کمک می‌کنند. محققان در سراسر جهان به طور گسترده در تلاش هستند تا سیستم‌های تصفیه هوای مؤثر و مقرون‌به‌صرفه را برای کاهش سطح آلودگی هوا ایجاد نمایند.

فناوری‌هایی که برای تصفیه هوا مورد استفاده قرار می‌گیرند براساس جذب سطحی، فیلتراسیون، یونیزاسیون، جذب ذرات و تولید رادیکال‌های فعال واکنش‌پذیر صورت می‌گیرد که می‌تواند باعث از بین رفتن آلاینده‌های مختلف شود. با این حال، این فناوری‌ها اغلب ناکارآمد هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری پیچیده مانند تعویض مکرر فیلترها و جاذب‌ها دارند که منجر به تولید آلاینده‌های سمی ثانویه نیز می‌شود.

 

فناوری نانومعماری و توسعه سیستم‌های تصفیه هوا

محققان درک کرده‌اند که نیاز به توسعه فناوری دارند که نه تنها در کاهش سطح آلودگی هوا مؤثر باشد، بلکه قطعات مبدل‌های کاتالیزوری را نیز انعطاف‌پذیر، قابل‌تفکیک و مقرون‌به‌صرفه نماید.

در حین حل این مسئله، تیمی از محققان موسسه مهندسی الهام گرفته از زیست شناسی ویس (Wyss) در دانشگاه هاروارد و دانشکده مهندسی و علوم کاربردی جان ای.پالسون (SEAS)، دریافتند که طبیعت میلیون‌ها سال پیش فناوری شگفت انگیزی موسوم به "بال‌های پروانه" را ایجاد کرده است.

دانشمندان هنگام مطالعه بال‌های پروانه در زیر میکروسکوپ، مشاهده کردند که سطح بال پروانه متشکل از ساختاری متخلخل و سخت است. این ویژگی‌ها، خواص فیزیکی منحصر به فردی مانند مقاومت در برابر آب، رنگ، پایداری و کنترل دما را به بال پروانه می‌دهد. این تیم دریافت که می‌تواند از این معماری در مقیاس نانو تقلید کند و یک داربست قابل تنظیم برای کاتالیزورها بسازد. چنین معماری می‌تواند با کنترل اندازه، ترکیب و موقعیت نانوذرات کاتالیزوری به شکل و الگوی داربست کمک نماید.

این تیم تحقیقاتی به تازگی اعلام کرد که شرکت نوپای خود به نام متالمارک (metalmark) که اخیراً مجوز فناوری نانومعماری کاتالیزوری را دریافت کرده است، یک سیستم تصفیه هوا کارآمد برای از بین بردن عوامل بیماری‌زای مضر مانند SARS-CoV-2 و و دیگر آلاینده‌های موجود در محیط بسته و هوای داخل کابین هواپیما تولید کرده است.

متالمارک و سیستم پیشرفته تصفیه هوای آن

در طول توسعه نمونه اولیه، نانوذرات کاتالیزور در نقاط خاصی بر روی داربست کلوئیدی آلی لانه زنبوری مانند قرار گرفتند. چنین جاگیری تضمین می‌کند که هر بخش از کاتالیزور در معرض خروجی قرار گیرد، ضایعات کاهش یابند و سیستم پاکسازی کارآمدی ارائه شود.

این فناوری همچنین می‌تواند به طور مؤثر در دماهای پایین‌تر از یک مبدل کاتالیزوری رایج کار کند و آلودگی موتور "سرد را کاهش دهد. این فناوری را می‌توان به راحتی در فرآیند تولید مبدل‌های کاتالیزوری مورد استفاده قرار داد. یک تغییر ساده به فناوری متالمارک هزینه‌های تولید مبدل‌های کاتالیزوری لازم برای تصفیه هوا را کاهش می‌دهد.

تانیا شیرمان، معاون طراحی مواد متالمارک، سه اشکال عمده مبدل‌های کاتالیزوری فعلی را ذکر کرد. این‌ها عبارتند از؛

  • گران‌قیمت؛ زیرا در آن از فلزات گران‌قیمت استفاده شده است.
  • ناکارآمد؛ چون کل کاتالیزور با هوایی که تحت تصفیه قرار دارد، مواجه نمی‌شود.
  • گازها منتشر شده از موتور "سرد" هنگامی که کاتالیزورها فقط در یک محدوده دمایی خاص کار می‌کنند، تصفیه نشده باقی می‌ماند.

او تاکید کرد که فناوری متالمارک در حل تمام اشکالات ذکر شده در بالا موفق بوده‌است.

ایلیا شیرمان، معاون فناوری متالمارک، گفت که بیشتر فناوری‌های جدید توسعه‌یافته در آزمایشگاه‌های آکادمیک تجاری نیستند. دلیل این امر این است که تولید انبوه اغلب از نظر حفظ کارکردها و انجام آن می‌تواند منجر به هزینه بالای تولید شود. متالمارک تولید فناوری برای کارخانه‌های بزرگ صنعتی و خودرو و تولید سیستم‌های تصفیه هوای داخلی برای دفاتر، منازل و سایر ساختمان‌ها را پیش‌بینی کرده‌است.

سیسی لئو، مدیر عامل و یکی از بنیانگذاران متالمارک توضیح داد که چرا فناوری این شرکت نسبت به فناوری‌های موجود، پیشرفته‌تر است. او اظهار داشت که سیستم تصفیه هوای این شرکت در هنگام تجزیه آلاینده‌های سمی و غیرفعال‌سازی ویروس‌ها و عوامل بیماری‌زا، مواد مضر را فیلتر می‌کند.

جدیدترین نمونه اولیه متالمارک توسط یک آزمایشگاه ملی تخصصی تأیید شد و در حال حاضر توسط یک شریک صنعتی مورد آزمایش قرار گرفته‌است. این شرکت همچنین با مشتریان بزرگ چند ملیتی شرکت قرارداد بسته است.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code