Зелені нанотехнології

Зелені нанотехнології — нанотехнології, що застосовуються для підвищення екологічної стійкості процесів, які мають негативні зовнішні ефекти. Термін також стосується використання продуктів нанотехнологій для підтримки сталості довкілля. Вона включає в себе створення «зелених» нанопродуктів та використання нанопродуктів для підвищення сталості довкілля.


Сутність

Зелена нанотехнологія була охарактеризована як розвиток чистих технологій: "для того, щоб звести до мінімуму можливі ризики для довкілля та людського здоров'я, пов'язані з виробництвом та використанням продуктів нанотехнологій, а також заохочувати заміну існуючих продуктів новими нанопродуктами, більш екологічно чистими протягом їхнього життєвого циклу.[1]

Мета

Зелена нанотехнологія має дві мети: виробництво наноматеріалів та нанопродукції без шкоди для навколишнього середовища або здоров'я людини, і виробництво нанопродуктів, які забезпечують вирішення екологічних проблем. Вона використовує існуючі принципи «зеленої» хімії та «зеленої» інженерії,[2] щоб створювати наноматеріали та нанопродукти без токсичних інгредієнтів, за низьких температур, використовуючи менше енергії і поновлюваних ресурсів, коли це можливо, та за допомогою мислення з урахуванням життєвого циклу на всіх стадіях проектування та розробки.

На додаток до створення наноматеріалів та продукції з меншим впливом на довкілля, «зелена» нанотехнологія також означає використання нанотехнологій для того, щоб зробити поточні виробничі процеси для не-наноматеріалів і виробів більш екологічно чистими. Наприклад, нанорозмірні мембрани можуть допомогти відокремити потрібні продукти хімічної реакції від відходів. Нанорозмірні каталізатори можуть зробити хімічні реакції більш ефективними та економними. Нанорозмірні датчики можуть бути частинами автоматизованих систем управління технологічними процесами, котрі працюють з інформаційними системами, створеними на основі нанотехнологій. Використання систем альтернативної енергії стало можливим завдяки нанотехнології, це ще один спосіб зробити виробничі процеси «зеленими».

Друга мета зеленої нанотехнології включає в себе розробку продуктів, прямо або опосередковано корисних для довкілля. Наноматеріали або нанопродукти можуть безпосередньо очищати місця скидання небезпечних відходів, опріснювати воду, знешкоджувати шкідливі речовини, або знаходити і контролювати речовини, котрі забруднюють навколишнє середовище. Опосередковано, легкі нанокомпозити для автомобілів та інших транспортних засобів могли б економити паливо і зменшити кількість матеріалів, потрібних для виробництва; паливні комірки та світлодіоди (LED) на основі нанотехнологій можуть знизити забруднення від виробництва енергії і допомогти зберегти викопне паливо; самоочисні нанорозмірні покриття поверхонь можуть зменшити або скасувати застосування багатьох хімічних речовин для очистки, котрі використовуються у регулярних процедурах обслуговування;[3] довший термін служби батареї може призвести до зменшення використання матеріалів та меншої кількості відходів. Зелена нанотехнологія охоплює багато наноматеріалів та нанопродукції, гарантуючи, що непередбачені наслідки зводяться до мінімуму і що будь-які впливи є передбачуваними протягом всього життєвого циклу.[4]

Сучасні дослідження

Сонячні елементи

Одним з великих проектів, який розробляється зараз, є розвиток нанотехнологій в сонячних елементах.[5] Сонячні елементи є більш ефективними, оскільки вони стають усе меншими за розміром, а сонячна енергія є відновлюваним ресурсом. Один ват сонячної енергії коштує менше долара.

Нанотехнології вже використовуються для покращення продуктивності покриттів для фотоелектричних та сонячних термальних панелей. Їхні гідрофобні та самоочисні властивості поєднують, щоб зробити сонячні батареї більш ефективними, особливо в негоду. Фотоелектричні панелі з нанотехнологічним покриттям залишаються чистими довше, завдяки чому підтримується максимальна енергоефективність.[6]

Наноочищення та обробка води

Нанотехнології пропонують потенціал нових наноматеріалів для обробки поверхневих та підземних вод, стічних вод, та інших компонентів навколишнього середовища, забруднених іонами токсичних металів, органічними і неорганічними розчиненими речовинами, та мікроорганізмами. Завдяки своїй унікальній активності стосовно стійких забрудників, багато наноматеріалів є об'єктами активних досліджень і розробок для обробки води та забруднених ділянок.[7][8]

Сучасний ринок нанотехнологій, що застосовуються для очищення води, складається з мембран зворотнього осмосу, нанофільтрації та ультрафільтрації. Справді, серед нових продуктів можна назвати нановолоконні фільтри, вуглецеві нанотрубки та різноманітні наночастинки.[9] Очікується, що нанотехнології ефективніше впораються з забруднювачами, з якими борються конвекційні системи водоочищення, в тому числі з бактеріями, вірусами та важкими металами. Ця ефективність зазвичай випливає з дуже високої питомої площі поверхні наноматеріалів, що підвищує розчинення, реакційну здатність та сорбцію забруднюючих речовин.[10][11]

Деякі ймовірні області застосування:

  • для підтримки здоров'я населення патогени у воді повинні бути визначені швидко і надійно. На жаль, традиційні лабораторні тести культур тривають кілька днів. Швидші методи, що включають використання ферментів, імунологічних або генетичних тестів, знаходяться в стадії розробки.[7]
  • фільтрація води може бути покращена завдяки використанню нановолоконних мембран та нанобіоцидів, які виявились досить ефективними.[12]
  • Біоплівки є шарами, що складаються з бактерій в оболонці з природних полімерів. Вони можуть не піддаватися впливу протимікробних препаратів або інших хімічних речовин. Їх можна очистити механічно, але за рахунок тривалого простою та значних затрат праці. Ведеться робота по розробці ферментних засобів, які зможуть зруйнувати такі біоплівки.[7]

Забруднення

Вчені проводили дослідження здатності бакмінстерфуллерену до контролю забруднення, оскільки він може контролювати певні хімічні реакції. Бакмінстерфуллерен продемонстрував властивість індукувати захист активних форм кисню і спричиняти перекисне окиснення ліпідів. Цей матеріал може зробити водневе паливо більш доступним для споживачів.

Див. також

Примітки
  1. Environment and Green Nano - Topics - Nanotechnology Project. Процитовано 11 вересня 2011.
  2. What is Green Engineering, US Environmental Protection Agency
  3. Sustainable Nano Coatings. nanoShell Ltd. Архів оригіналу за 8 лютого 2013. Процитовано 3 січня 2013.
  4. Nanotechnology and Life Cycle Assessment
  5. Nano Flake Technology — A Cheaper Way to Produce Solar Cells. Архів оригіналу за 8 березня 2014. Процитовано 24 серпня 2014.
  6. Improved Performance Coatings. nanoShell Ltd. Архів оригіналу за 8 лютого 2013. Процитовано 3 січня 2013.
  7. Cloete, TE et al (editor) (2010). Nanotechnology in Water Treatment Applications. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-66-0.
  8. Karn, Barbara; Todd Kuiken, Martha Otto (1 грудня 2009). Nanotechnology and in Situ Remediation: A Review of the Benefits and Potential Risks. Environmental Health Perspectives 117 (12): 1823–1831. ISSN 0091-6765. JSTOR 30249860. Процитовано 18 листопада 2013.
  9. Hanft, Susan (2011). Market Research Report Nanotechnology in water treatment. Wellesley, MA USA: BCC Research. с. 16. ISBN 1596237090.
  10. Nanotechnology in water treatment. Архів оригіналу за 22 жовтня 2013. Процитовано 3 листопада 2013.
  11. Qu, Xiaolei; Alvarez, Pedro J J; Li, Qilin (2013). Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment. Water research 47 (12): 3931–46. PMID 23571110. doi:10.1016/j.watres.2012.09.058. Процитовано 21 вересня 2013.
  12. Critical Reviews in Microbiology, 2010; 36(1): 68-81 «The potential of nanofibers and nanobiocides in water purification» Marelize Botes, and Thomas Eugene Cloete

Посилання


This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.