Nanomaterialien für die Sanierung der Umwelt: Ein umfassender Überblick

Einleitung

Nanotechnologie umfasst ein breites Spektrum der Wissenschaft und wird durch die winzige Größe (Nanomaßstab) der beteiligten Materialien in ihrem Studium und ihren Prozessen definiert. Ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter. Im Gegensatz zu Materialien, die auf Makro- oder Mikroskala arbeiten, weisen dieselben Materialien auf Nanomaßstab unterschiedliche physikalische Eigenschaften auf und können verwendet werden, um Umweltverschmutzung zu kontrollieren, so das Science and Development Network.

Nanofiltration

Nanofiltrationsmembranen sind eine weit verbreitete Technologie, die nicht nur kontaminiertes Wasser behandelt und enthärtet, sondern auch Salze und andere Schadstoffe extrahiert. Die winzigen Membranen bilden eine physische Blockade und fangen Partikel ein, die zu groß sind, um durch ihre Poren zu gelangen. Neue Arten von nanoporösen Materialien übertreffen traditionelle Filter. Eine südafrikanische Studie hat dargelegt, dass salzhaltiges Grundwasser durch den Einsatz von Nanofiltrationsmembranen in Trinkwasser umgewandelt werden kann. Carbon-Nanoröhren-Filter sind besser darin, Viren und Bakterien zu eliminieren als ihre konventionellen Pendants, berichtet das Science and Development Network.

Nanokatalysatoren

Aufgrund ihrer extrem geringen Größe und dennoch größeren Oberfläche im Vergleich zu Bulk-Partikeln weisen Nanokatalysatoren verbesserte katalytische Eigenschaften auf und können kontaminiertes Wasser reinigen. Im Gegensatz dazu, Schadstoffe einfach an einen anderen Ort zu verlagern, sind Nanokatalysatoren in der Lage, Schadstoffe chemisch abzubauen. Für Entwicklungsländer, die mit ineffizienten Technologien kämpfen oder sich teure Technologien nicht leisten können, bieten Nanokatalysatoren eine effektive Alternative zur Wasseraufbereitung. In den letzten 10 Jahren haben Wissenschaftler entdeckt, dass Titandioxid (TiO2)-Nanopartikel als Katalysatoren für organische und anorganische Schadstoffe verwendet werden können. Zum Beispiel können Titandioxid-Nanopartikel, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden, organische Abfälle aus dem Wasser entfernen, berichtet die UCLA School of Public Health.

Magnetische Nanopartikel

Im Gegensatz zu nichtmagnetischen Nanopartikeln binden magnetische Nanopartikel nicht nur mit Chemikalien, sondern können auch durch Anwendung eines Magnetfeldes aus dem Wasser entfernt werden. Zum Beispiel binden magnetische Nanopartikel bei der Wasserdesinfektion mit Öl oder Arsen. Die resultierenden Verbindungen werden dann mit einem Magneten extrahiert. In einigen Prozessen können dieselben Nanopartikel nach der Wasserbehandlung von schädlichen Verbindungen getrennt und recycelt werden. Zum Beispiel verwenden Wissenschaftler der Rice University magnetischen "Nanrost", um Arsen aus dem Wasser zu extrahieren, berichtet das Science Development Network. Da Nanrost eine so große Oberfläche hat, kann er 100-mal mehr Arsen entfernen als vergleichbare Materialien.

Sensoren

Neben der Wasserdesinfektion werden Nanopartikel verwendet, um Verunreinigungen im Wasser zu erkennen. Durch die Kombination von Mikro- und Nanofabrikation haben Wissenschaftler winzige, präzise und leicht transportierbare Sensoren entwickelt, die einzellige biochemische oder chemische Materialien im Wasser erkennen können. Wissenschaftler der Pennsylvania State University verwenden Nanodrähte auf einem Siliziumchip, um Arsen im Wasser zu unterscheiden, berichtet das Science Development Network.

Nanofasern

Im Jahr 2007 verlieh die Royal Society Entwicklern einer Umweltverschmutzungskontrolltechnologie, die Nanofasern zum Auffangen von CO2 einsetzt, den Brian Mercer Award for Innovation, so Nanowerk News. Nanoporöse Fasern bestehen aus winzigen Poren und Materialien, die Kohlenwasserstoffe und andere Treibhausgase aus dem Luftstrom in einem breiten Spektrum industrieller Prozesse einfangen und entfernen.