آلودگی های محیط زیست

MTBE (متيل ترسيو – بوتيل اتر) يك ماده آلي اكسيژن دار است كه امروزه در ايران و برخي كشورهاي جهان به صورت گسترده در بنزين بدون سرب استفاده مي شود در ابتداي انتخاب و استفاد ه از اين ماده در سوخت مزاياي زيست محيطي آن مورد توجه بود ولي اكنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنيا مشخص شده است كه تاثيرات سوء روي انسان بوده و داراي پتانسيل آلودگي محيط زيست است. ورود MTBE به منابع آب و خاك به روشهاي مختلف انجام مي گيرد .MTBE در خاك بسيار متحرك است و حركت آن در آب تابع قوانين حركت آب در خاك است. MTBE مقاومت زيادي به تخريب زيستي دارد و نيمه عمر آن در آب بالاست ، جذب آنها توسط ذرات خاك ضعيف است ،حلاليت بالايي در آب دارد و بسيار متحرك است . اين عوامل باعث حركت MTBE به سمت آبهاي زير زميني و جمع اين ماده در اين آبها مي گردد و از آنجا كه آبهاي زيرزميني در شرب و كشاورزي استفاده دارند با تهديد سلامتي انسان و طبيعت باعث معضلات زيست محيطي مي گردد درحال حاضر USEPA حد مجاز اين ماده در آبهاي آشاميدني راpb 40-20 تعيين كرده است. با توجه به مصرف گسترده MTBE در ايران قبل از آنكه اين ماده به معضل زيست محيطي در كشور تبديل گردد بايد راهكارهي مناسب ادامه و  عدم مصرف آن مشخص شود. متيل ترسيو يک ماده آلی مصنوعی اکسيژن دار است که پس از اثبات جنبه های سوء بهداشتی و زيست محيطی سرب بعنوان جايگزين آن معرفی و امروزه در ايران و برخی از کشورای جهان بصورت گسترده در بنزينهای بدون سرب استفاده می شود.توجه به اين ماده در دهه ۷۰ ميلادی آغاز و مصرف آن در دهه ۸۰ و ۹۰ ميلادی در جهان افزايش يافت. در ابتدای انتخاب و استفاده از اين ماده در سوخت مزايای زيست محيطی آن مورد توجه بود که مهمترين آنها افزايش عدد اکتان بنزين٫ کاهش نشر گازهای آلاينده منتشر از اگزوز خودرو مانند منواکسيد کربن و ازن ٫ حذف سرب از بنزين به همراه تاثير بهبود نسبی کيفيت هوا ٫توليد آسان و سهولت اختلاط با بنزين می باشد ولی اکنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنيا مشخص شده است که MTBE دارای امکان تاثيرات سوء روی بدن انسان و مضرات زيست محيطی بودند و آلودگی آبها زير زمينی از مهمترين جنبه های زيست محيطی آن می باشد . در آمريکا از سال ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۱ ميلادی دو سيستم تامين کننده نياز آب شرب شهری بخاطر آلودگی MTBE برای اين منظور غير قابل استفاده شدند.در سانتامونيکای آمريکا حداقل ۵۰ درصد از کل آب شهری که از منابع زيرزمينی تامين می شدبرای شرب غير قابل استفاده گرديد بطوريکه ۵/۳ ميليون دلار برای جايگزينو تامين آب شرب منطقه هزينه شد. وجود MTBE در کاليفرنيا در نمونه های شهری عموما با مقادير کمتر از ۲mg/l گزارش شده است. در شرايط خاص در جاهايی که قايقهای موتوری استفاده می شد غلظت اين ماده در آن آبها به۱۲ppm هم می رسد. در تحقيقی که در سال۱۹۹۶ توسط USGS در ۱۶ شهر آمريکا انجام شد ٫ مقدار MTBE موجود در آبهای سطحی بين µg/L 100-2/0 گزارش شد که غلظتهای بيشتر بين ماه های اکتبر تا مارس واقع شده است.(۳).در آمريکا به خاطر تاثيرات اين ماده در انسان و محيط زيست به ويژه آلودگی منابع آب اعتراضات فراوانی نسبت به ادامه مصرف آن وجود دارد ودر بعضی مناطق استفاده از MTBEممنوع شده است در اين مقاله برسی توانايی MTBEدر آلودگی منابع آب سه محور اصلی مورد توجه است تاثيرات MTBE روی سلامتی انسان چگونگی ورود MTBE به منابع آب وسرنوشت MTBE در منابع آب .متيل ترسيو بوتيلاتر يک ترکيب آلی با فرمول شيميايی C5H12O می باشد در دما وفشار استاندارد مايعی بی بيرنگ ٫ قابل اشتعال و قابل احتراق است . جرم مولکولی آن ۱۵/۸۸ بوده و دارای نقطه ذوب ۹-ـ درجه سانتی گراد ونقطه جوش ۶/۵۳ - ۲/۵۵ درجه سانتی گراد می باشد . چگالی اين ماده ۷۴۴/۰ ۷۵۸/۰ گزارش شده است . انحلال پذيری MTBE در آب بسيار بالاست 540mg/L گرارش شده است.انسان از سه طريق خوردن يا آشاميدن ، اشتنشاق وتماس پوستي مي تواند در معرض MTBE قرار گيرد و سلامتي او تهديد گردد كه از اين بين بلع مهمترين راه ورود اين ماده به بدن انسان است و عمدتاً از طريق آشاميدن آب آلوده انجام مي شود، ضمن آنكه استحمام با آب گرم آلوده نيز فراريت آن را افزايش داده و باعث استنشاق اين ماده مي گردد . تاثيرات اين ماده روي بدن به دو قسمت سرطانيو غير سرطاني تقسيم مي شود . به دليل زمان نسبتاً كوتاه از آغاز مصرف گسترده اين ماده تحقيقات ومطالعات كافي براي برسي تاثيرات سرطان زائي در انسان انجام نشده است ولي اين موضوع هنگاميكه حيوانات آزمايشگاهي به صور مختلف در معرض مقادير بالاي MTBE قرار گرفتند اثبات گرديد. در يك آزمايش در آثر بلعيدن MTBE در موشهاي صحرايي ماده به مقدار mg 1000 به ازاء هر كيلوگرم وزن بدن در روز طي يك دوره 104 روزهاين موشها به سرطان خون مبتلا شدند وهمين تيمار در موشهاي صحرايي نر در دوره فوق باعث بروز تومورهاي بيضوي در آنها گرديد. طي تحقيقاتي در يك دوره18 ماهه ، استنشاق اين ماده توسط موشهاي صحرايي نر وماده صورت گرفت و خاصيت سرطان زايي MTBE در اين حيوانات آزمايشگاهي مشاهده گرديد . بر همين اساس USEPA اين ماده را در گروه داراي امكانم سرطان زائي قرار داده است . در مورد تا ثيرات غير سرطاني MTBE، از مهمترين وشايعترين عوارض تنفس آندر انسان سردرد ،سرگيجه،تهوع،آلرژي و مشكلات تنفسي مي باشد در آزمايشي روي موش صحرايي با بلعيدن mg 70 به ازاء هر كيلوگرم وزن بدن در روز تاثيري مشاهده نشد واز mg 100 به ازاء هر كيلوگرم وزن بدن در روزعوارض آن مشاهده گرديد(2). براي ارزيابي صحيح از سميت اين ماده بر روي آنسان نياز به مطالعات وتحقيقات بيشتري مي باشد . ضمن آنكه در مواردي مانند تاثير روي ژنتيك ،توليد مثلو رشد اطلاعات بسيار محدود است .

فناوری نانو و محیط زیست

امروزه پیشرفت تکنولوژی و دستیابی انسان به روش‏های نوین برای استفاده از منابع طبیعی دستاوردهایی را به همراه دارد که علاوه بر تاثیرات فراوان در زندگی بشر، تاثیراتی منفی را نیز برای طبیعت به ارمغان می‏آورد.
به تازگی انسان متمدن به این تفکر رسیده است که شاید بتوان با استفاده از تکنولوژی مدرن و پیشرفته به کمک منابع طبیعی و محیطزیست شتابد که ازجمله آنها می‏توان به فناوری نانو و کاربرد آن در حفظ محیطزیست اشاره کرد.

تاثیرات مستقیم و غیرمستقیم فناوری نانو بر محیطزیست، از جنبه‏های مختلف قابل بررسی است. در حال حاضر، می‏توان موارد متعددی از کاربرد مواد نانو ساختاری در حفظ محیطزیست، از قبیل نانوفیلترها (برای تصفیه پساب‏های صنعتی)، نانوپودرها (برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از خودروها و واحدهای صنعتی) و نانوتیوب‏ها (برای ذخیره‏سازی سوخت کاملا تمیز هیدروژن) را برشمرد، اما دورنمای استفاده از این فناوری نوین بسیار گسترده‏تر از این گونه کاربردهای جزئی و مقطعی است. برخی از مهم‏ترین کاربردهای علمی شناخته شده فناوری نانو در زمینه محیطزیست نانوحسگرها، نانوفیلترها و کاتالیزورهای زیست‏محیطی هستند که به ترتیب به آنها اشاره می‏شود:
● نانوحسگرها 
نانوحسگر وسیله‏ای است بسیار ریز که قادر به شناسایی و ارائه پاسخ به محرک‏های فیزیکی در مقیاس یک نانومتر است. نانوحسگرها کاربردهای متعددی در علوم مختلف ازجمله محیط زیست یافته‏اند که در ادامه به چند مورد اشاره خواهد شد.
● آلودگی هوا

 
یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیطزیست، پایش مستمر آلودگی هواست. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت موثری در زمینه کنترل آلودگی هوإ؛ ّّ= صورت گرفت. با اختراع اولین نمونه‏های غبار هوشمند، تولید این گونه حسگرها به مرحله کاربرد علمی نزدیک شد. هدف اصلی از ساخت غبارهای هوشمند، تولید مجموعه‏ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه‏های بسیار سبک است. این نانوحسگرها به راحتی ساعت‏ها در هوا معلق باقی می‏مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می‏شوند و می‏توانند از طریق بی‏سیم موجود در خود، اطلاعات جمع‏آوری شده را به یک پایگاه مرکزی ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات در نمونه‏های اولیه حدود یک کیلوبایت در ثانیه است.
● نشت گازهای مهلک
نشت گازهای مهلک یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متاسفانه هشداردهنده‏های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسایی این گونه گازهای نشتی می‏شوند. این نوع حسگرها از نانوتیوب‏های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده‏اند و می‏توانند مولکولهای گازهای سمی را جذب کنند. آنها همچنین قادر به شناسایی تعداد معدودی از مولکولهای گازهای مهلک در محیط هستند. محققان مدعی‏اند که این حسگرها برای شناسایی به هنگام گازهای بیوشیمیایی جنگی، آلاینده‏های هوا و حتی مولکولهای آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
● نانوفیلترها
یکی دیگر از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از نانوفیلترها در تصفیه آب و پساب است. غشای مورد استفاده در فرایند نانوفیلتراسیون معمولا مولکول‏های بزرگ را دفع می‏کند و در مقایسه با روش‏های دیگر قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاه‏ها یا آب‏های سطحی را نیز به خوبی تصفیه کنند. این فرایند قادر است انواع باکتری‏ها، ویروس‏ها، آفت‏کش‏ها، آلاینده‏هایی با منشا آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند. نظر به این که در فرایند نانوفیلتراسیون از هیچ ماده شیمیایی برای سختی‏گیری آب استفاده نمی‏شود، بنابراین اثرات منفی زیست‏محیطی آن به مراتب کمتر از روش‏های شیمیایی معمول است.
علاوه بر این، ذرات نانوساختار انعطاف‏پذیری زیادی در تصفیه آلاینده‏ها دارند. به عنوان مثال از ذرات نانوساختار برای تصفیه فوری خاک، رسوبات، ضایعات جامد، تصفیه آب و پسماندهای مایع استفاده می‏شود. تحقیقات نشان می‏دهد که ذرات دوفلزی نانوساختار مانند آهن - پالادیم، آهن - نقره و روی - پالادیم کاربردهای زیادی در تصفیه و پالایش آلوده‏کننده‏های محیط زیست، مانند آفت‏کش‏های کلرینه با منشا آلی و حلال‏های آلی هالوژنه یافته‏اند.
تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانوساختار دو فلزی موجب می‏شود تا کلیه هیدروکربن‏های حاوی ترکیبات کلردار که بسیار سمی‏اند به هیدروکربن‏های بی‏خطر برای محیط زیست تبدیل شوند.
به علاوه، شواهد بسیار مبین این واقعیت است که ذرات نانوساختار با پایه آهنی، قادر به تجزیه آلودگی‏های بسیار پایدار همچون ترکیبات پرکلرات‏ها، نیترات‏ها، فلزات سنگین (نیکل و جیوه) و مواد رادیواکتیو مانند دی اکسید اورانیوم هستند.
علاوه بر این می‏توان از نانوساختارها برای رنگ‏زدایی از آب آشامیدنی استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشامیدنی نه تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگ‏ها می‏توانند منشا تولیدتری هالومتان نیز باشند، بسیار خطرناک محسوب می‏شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنه مضر و سرطان‏زا می‏شوند. رنگ موجود در آب طبیعی معمولا ناشی از وجود اسیدهای معدنی است. اسیدهای مذکور از تجزیه مواد آلی موجود در آب حاصل می‏شوند. اغلب روش‏های متداول برای تصفیه آب قادر به جداسازی مواد فوق نیستند، لیکن با استفاده از غشاهای نانو می‏توان تا ۹۹ درصد این گونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد. همچنین تحقیقات نشان می‏دهد استفاده از فناوری نانو در تصفیه آب می‏تواند هزینه‏های تصفیه را تا حدود زیادی کاهش دهد.
● نانوپلیمرهای متخلخل
هنگامی که آلاینده‏های آلی آب گریز از طریق آب وارد خاک می‏شوند، به راحتی توسط ذرات جامد غیرمحلول در آب جذب و از آب جدا می‏شوند. پدیده جذب و دفع این گونه آلاینده‏ها از آب به خاک و از خاک به هوا بسیار پیچیده است و به عوامل متعددی از قبیل حلالیت در آب، آب موجود در شبکه خاک و رقابت اجزای مختلف خاک برای جذب این ذرات بستگی دارد. هنگامی که بیش از یک مولکول آب گریز در محیط وجود داشته باشد، مولکول‏های آلاینده به جسمی متصل می‏شوند که از لحاظ شیمیایی بیشترین شباهت را به آنها داشته باشد. به همین دلیل نانوپلیمرهای متخلخل که شباهت زیادی به مولکولهای مواد آلاینده دارند، مناسب‏ترین وسیله برای جداسازی این نوع آلاینده‏های آلی از آب و خاک به شمار می‏روند. به طور کلی کاربردهای زیست‏محیطی این نانوساختارها عبارتند از:
۱ - جداسازی آلاینده‏های آلی از آب آشامیدنی.
۲ - تصفیه پسابهای واحدهای صنعتی مانند نیروگاه‏های هسته‏ای برای استفاده مجدد از آنها
۳ - پاکسازی منابع آبی آلوده شده به مواد نفتی
۴ - پاکسازی منابع آب زیرزمینی از آلاینده‏های آلی
با توجه به این که نانوپلیمرهای متخلخل به کرات مورد استفاده قرار می‏گیرند، بنابراین هزینه‏های تصفیه به مراتب کمتر می‏شود.

● کاتالیست‏های زیست محیطی
از زمینه‏های دیگر کاربردهای مواد نانوساختاری، استفاده از آنها به عنوان کاتالیزورهای زیست محیطی برای تصفیه خروجی اگزوز اتومبیل‏ها و پالایش آب و هواست. کاتالیزورهای رایج که اغلب پایه پلاتین دارند، اگرچه راندمانشان کافی است، اما بسیار گران قیمت‏اند. به همین جهت کاتالیزورهای نانوساختاری به عنوان جایگزین ارزان قیمت کاتالیزورهای یاد شده مورد توجه قرار گرفته‏اند.

● پلیمرهای زیستی

 
از نانوساختارهایی مثل پلیمرهای زیستی می‏توان برای تولید تراشه‏های الکترونیکی استفاده کرد. طبق اطلاعات موجود، برای تولید هر گرم ریزتراشه ۳۲ مگابایتی، به مصرف ۸۵ گرم سوخت فسیلی و مواد شیمیایی و ۱۶ کیلوگرم آب نیاز است. با استفاده از فرایندهای نانو می‏توان شیوه مرسوم در تولید تراشه‏های نیمه هادی را تا حد بسیار زیادی بهبود بخشید. علاوه بر این، استفاده از فناوری نانو منجر به تولید مواد بی خطر به جای مواد سمی می‏شود.
برای مثال، مانیتورهای ساخته شده از مواد نانوساختار بسیار کم خطرتر از انواع مشابه ساخته شده از لوله‏های اشعه کاتدی (که حاوی مواد سمی‏اند) است و راندمان بالاتری هم دارد. نمایشگرهای ساخته شده از کریستال مایع ضمن کوچک بودن حاوی سرب نیستند و مصرف انرژی آنها بسیار کمتر از انواع مشابه کاتدی است. علاوه بر این استفاده از نانولوله‏های کربنی در نمایشگرهای کامپیوتری به کاهش مصرف فلزات سنگین در آنها کمک می‏کند و از این طریق از آسیب به محیط زیست می‏کاهد.
● نانوفیلترها
الکل‏هایی مانند اتانول به عنوان حلال یا ماده پاک‏کننده به وفور در صنایع مورد استفاده قرار می‏گیرند. این مواد در حین مصرف مقادیر زیادی از ناخالصی‏های مختلف را به خود جذب می‏کنند. با توجه به این که دور ریختن آنها پس از مصرف، اثرات زیانباری بر محیطزیست دارد، باید برای استفاده مجدد تصفیه شوند. روش‏های متداول از قبیل تقطیر، ضمن آلوده کردن محیط زیست انرژی زیادی را تلف می‏کنند. استفاده از نانوفیلترها گام موثری در حفاظت محیط زیست و صرفه‏جویی انرژی در این زمینه است.
● نانوپوشش‏ها
پوشش‏های نانوساختاری پیشرفته به خوبی بر سطوح مختلف از قبیل فلزات، شیشه، سرامیک و پلاستیک می‏چسبند و تنها چند میکرون ضخامت دارند، ویژگی بارز این نانوپوششگرها خاصیت ضدخوردگی آنهاست که کاربرد پوششی آنها را در فلزات سبک از قبیل آلومینیم و منیزیم افزایش داده است. پوشش‏های یاد شده، در مقابل حرارت بسیار مقاومند و می‏توانند دما را تا ۷۰۰ درجه سانتی‏گراد تحمل کنند. استفاده از این نوع پوششگرها منجر به کاهش خوردگی فلزات می‏شود و در نهایت، محیط زیست را با کاهش میزان مصرف مواد خام حفظ خواهد کرد.
کاربرد دیگر پوششگرهای نانوساختاری، در حذف گرد و غبار از روی سطوح مختلف و کاهش مصرف پاک‏کننده‏هاست. این نانوذرات را به صورت یک لایه بسیار نازک برای روکش کردن سطوح مختلف از قبیل شیشه اتومبیل‏ها به کار می‏برند. بدین ترتیب کشش سطحی این سطح نسبت به محلول‏های آبدار به شدت کاهش می‏یابد. در نتیجه، مایع مذکور سطح پوشش داده شده را خیس نمی‏کند و به صورت قطراتی روی آن باقی می‏ماند و به سرعت زدوده می‏شود. این عمل فرایند خشک شدن را سرعت می‏دهد. بدیهی است که مصرف مواد شوینده به شدت کاهش می‏یابد و از آلودگی محیطزیست جلوگیری به عمل می‏آید.
● نانوپودرها

نانوپودرها موادی به شدت فعال‏اند که در دمای پایین ذوب یا آلیاژ می‏شوند. این پودرها در فرایندهای قالب‏گیری تزریقی و پوشش دادن سطوح مختلف مورد استفاده قرار می‏گیرند. نوعی از پودرهای نانوساختاری یاد شده که حاوی ذرات ریز آلومینیوم است، در صورت افزوده شدن به سوخت‏های جامد موشک‏ها شدت سوختن آنها را تا دو برابر افزایش می‏دهد. اضافه کردن این پودر به نفت سفید باعث تسریع در احتراق آن و درنتیجه کاهش تولید آلاینده‏های مختلف می‏شود.
آنچه از توانمندی‏های فناوری نانو ارائه شد به این معنی است که می‏توان از این روش‏ها برای حفظ محیط زیست در آینده‏ای نه چندان دور استفاده کرد و در کنار استفاده از منابع طبیعی با کمک فناوری‏های پیشرفته بتوان به تعاملی پایدار با طبیعت رسید.