تصفیه آب آشامیدنی آلوده به آرسنیک با نانوذرات آهن

۱۳ دی- کشف برهم‌کنش‌های مغناطیسی غیرمنتظره بین نقاط بسیار
کوچک زنگ (rust) ، دانشمندان مرکز فناوری‌نانو (CBEN) در دانشگاه رایس را به سمت
توسعه یک فناوری کم هزینه و جالب برای پاکسازی آرسنیک از آب آشامیدنی هدایت کرده
است. این فناوری میلیون‌ها نفر در هند، بنگلادش و دیگر کشورهای در حال توسعه که در
آنها هزاران مورد آلاینده‌های آرسنیکی به چاه‌های آب وارد می‌شود، را امیدوار کرده
است.
Vicki Colvin مدیر این پروژه معتقد است که آلودگی آرسنیک در آب آشامیدنی یک معضل
جهانی است، راه‌های مختلفی برای زدودن آن وجود دارد ولی برای این کار دستگاه‌های
وسیع و پمپ‌های فشار بالا که با انرژی برق کار می‌کنند، مورد نیاز است. راه‌حل
پیشنهادی این گروه ساده و بی‌نیاز از الکتریسیته است. هرچند نانوذرات استفاده شده
در این روش گران‌ قیمت هستند، اما آنها در حال تلاش برای یافتن روش برای تولید آنها
هستند که در آن از زنگ (rust) و روغن زیتون استفاده می‌شود و هیچ امکانات دیگری جز
یک اجاق گاز نیاز ندارد.
فناوری CBEN مبتنی بر یک برهم‌کنش مغناطیسی جدید کشف شده است که بین ذرات بسیار ریز
زنگ که از ویروس کوچکتر هستند، اتفاق می‌افتد. Colvin می‌گوید: در ابتدا تصور می‌شد
این ذرات مغناطیسی کوچک، با یک میدان مغناطیسی قوی، برهم‌کنش نشان دهند. ما به دلیل
اینکه قبلا چگونگی ساخت این ذرات در اندازه‌های مختلف را یافته بودیم، تصمیم گرفتیم
بر روی بزرگی میدان مغناطیسی مورد نیاز جهت بیرون کشیدن این ذرات از سوسپانسیون
تحقیق کنیم. نتیجه کار شگفت‌انگیز بود زیرا نیروی الکترومغناطیسی بزرگی برای به
حرکت درآوردن نانوذرات لازم نبود و در بسیاری از موارد یک آهن‌ربای دستی هم مشکل را
حل می‌کرد.
آزمایش‌ها با استفاده از نمونه‌های خالص از ذرات اکسید آهن هم اندازه در آب به شکل
سوسپانسیون انجام شد. یک میدان مغناطیسی جهت وارد کردن فشار به ذرات برای خارج شدن
از محلول مورد استفاده قرار گرفت که در نهایت آب خالص باقی ماند. تیم Colvin ذرات
ریز را بعد از زدودن از آب مورد اندازه‌گیری قرار دادند و توضیح شفافی را ارائه
دادند: ذرات بعد از اعمال میدان مغناطیسی به هم دیگر نچسبیده بودند. Colvin، معتقد
است شواهد آزمایشگاهی بیانگر برهم‌کنش مغناطیسی بین خود نانوذرات است.
Doug Natelson یکی از این محققان معتقد است که با کوچک شدن ذره، نیروی مورد نیاز
برای به حرکت درآوردن آن به شدت کاهش می‌یابد و مدل‌های قدیمی که پیش‌بینی می‌کردند
میدان مغناطیسی بزرگی برای خارج کردن این ذرات مورد نیاز است، باید تصحیح گردد.
Natelson، معتقد است که در این روش نانوذرات بر هم نیرو وارد می‌کنند. در این حالت
یک آهن‌ربای دستی فشار بر نانوذرات را به آرامی آغاز می‌کند و آنها را به آرامی
حرکت می‌دهد؛ این نانوذرات به طور مؤثری روی هم تأثیر می‌گذارند و یکدیگر را به
بیرون آب هل می‌دهند. Colvin می‌گوید: این ویژگی‌ مثالی دیگر از برهم‌کنش‌های منحصر
به فردی است که ما در مقیاس نانو شاهد هستیم.
به دلیل خاصیت معروف آهن در متصل شدن به آرسنیک، گروه Colvin آزمایش روی آب آلوده
به آرسنیک را تکرار کردند و دریافتند که ذرات آهن، مقدار آرسنیک در آب آلوده را تا
زیر سطح EPA برای آب آشامیدنی آمریکا، کاهش می‌دهد.
گروه Colvin همکاری با محققانی از گروه Mason Tomson از دانشگاه رایس در بخش مهندسی
شهری و محیط زیست، را آغاز کردند تا فناوری زدایش آرسنیک را توسعه دهند. محاسبات
اولیه Tomson و Colvin نشان داد که این روش می‌تواند در جاهایی که فناوری تصفیه آب
به شکل‌های متداول امکان‌پذیر نیست، انجام شود. با توجه به اینکه مواد شروع کننده
برای تولید نانوزنگ ارزان هستند، هزینه این مواد در صورت تولید صنعتی آنها کم است.
مواد خام اولیه زنگ و اسیدهای چرب هستند که اسیدهای چرب را می‌توان از روغن زیتون
یا نارگیل تهیه کرد.