Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Wasserreinigung mittels Nanotechnologie

Arjun Maity  

In letzter Zeit wurden umfangreiche Anstrengungen unternommen, um nanostrukturierte Materialien mit besonderer Reaktivität und Nützlichkeit für die Umweltreinigung zu entwickeln. Das Vorhandensein schwerer Metalle wie Cr, Hg, As, Pb, Ni, Co usw. in sowohl frischen Wasserquellen als auch in modernem Abwasser ist aufgrund ihrer hohen Toxizität und Bioakkumulation durch die biologische Hackordnung und folglich im menschlichen Körper ein grundlegendes Gesundheits- und Umweltproblem. Heutzutage sind brillante polymere nanostrukturierte Materialien auf Basis von Polyanilin und Polypyrrol vielversprechende Materialien für die Wasseraufbereitung, da sie günstig, einfach zu gestalten und ungiftig sind, eine hohe Adsorptionskapazität aufweisen und außerdem über Partikelaustauscheigenschaften verfügen. In letzter Zeit haben wir durch In-situ-Polymerisationsverfahren führende Nanokomposite auf Polymerbasis zur Entfernung hochgiftiger Toxine entwickelt. Die Adsorption von Schadstoffen auf der Außenseite des Adsorbens wurde durch ATR-FTIR und XPS bestätigt. XPS-Analysen lieferten außerdem Roboterwinkel im Detail. Desorptionsstudien haben gezeigt, dass trotz der begrenzten Rückgewinnung der Adsorbatstruktur das Adsorbent effektiv wiederverwendet werden kann, ohne dass es zu einem offensichtlichen Verlust seiner ursprünglichen Kapazität kommt. Andererseits können verbrauchte Adsorbentien für verschiedene Anwendungen wiederverwendet werden: Katalyse, antimikrobielle Aktivität und Gassensorik. Die Notwendigkeit produktiver Innovationen in der Filtertechnik hat dazu geführt, dass innovative Materialien wie Nanofaserschichten zur Wasseraufbereitung kaum berücksichtigt werden. Das Vorhandensein von organischen Stoffen und Spuren von organischen Aggregaten im Abwasser stellt ein großes Problem dar, und zeitweise Technologien wie Koagulation/Flockung und Chlortechnologie können keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielen. Das zusätzliche Abwasservolumen, das durch diese Technologien erzeugt wird, muss weiter verarbeitet und entfernt werden. Die Nanotechnologie hat ein außergewöhnliches Potenzial für Filteranwendungen, da sie in der Lage ist, präzise primäre kontrollierte Materialien für solche Anforderungen herzustellen. Elektrogesponnene Nanofaserschichten (ENMs) sind eine hochmoderne Filmtechnologie, die im Vergleich zu herkömmlichen Schichten eine großzügige hohe Übertragung und hohe Abstoßungsraten bietet. ENMs stellen eine Revolution in der Wasser- und Abwasserreinigung dar, indem sie im Vergleich zu herkömmlichen Schichten eine leichte, kostengünstige und energiesparende Methode bieten. ENMs haben eine hohe Porosität, die meisten von etwa 80 %, während herkömmliche Schichten eine Porosität von 5–35 % aufweisen. Nano-entwickelte Schichten haben aufgrund ihrer faszinierenden Eigenschaften ein enormes Potenzial in der Wasseraufbereitung. In diesem Zusammenhang stellen sich Elektrospinnenschichten als anpassungsfähiges Verfahren mit vielversprechenden Merkmalen für die Wasseraufbereitung heraus. Diese Arbeit befasst sich mit der Verwendung von ENM in der Abwasseraufbereitung und der Oberflächenmodifizierung von Nanomembranen zur Lösung von Verschmutzungsproblemen und zur Abwasseraufbereitung in der Kläranlage Tabuk in Saudi-Arabien. Wasser ist ein grundlegendes, aber vernachlässigtes Nahrungsergänzungsmittel in der menschlichen Ernährung.Während viele Fortschritte bei der Wasserdesinfektion erzielt wurden, kann die Entwicklung der Nanotechnologie in diesem Bereich die Kosten senken und auch die Wirksamkeit der Reinigungsmaßnahmen erhöhen. Darüber hinaus kann die Nanotechnologie es nicht-industriellen Ländern ermöglichen, solche Wasserreinigungssysteme zu verwenden, wodurch die Verfügbarkeit von sauberem Wasser erhöht wird. Dieser Abschnitt bietet einen umfassenden Überblick über die aktuellen Fortschritte und die aufkommenden Anwendungen der Nanotechnologie bei der Trinkwasserdesinfektion. Grundlegende Trinkwasserfremdstoffe wie anorganische Schwermetalle, organische Stoffe und Bakterien werden zusammen mit den aktuellen Verfahren zu ihrer Entfernung vorgestellt. Ein Großteil des Abschnitts wird der Untersuchung der Anwendungen der Nanotechnologie in den Bereichen Adsorption und Filmtrennung gewidmet, insbesondere im Hinblick darauf, wie Nanotechnologie und synthetische Nanomaterialien eingesetzt werden, um die Wirksamkeit zu verbessern sowie die Kosten und die Umweltauswirkungen herkömmlicher Wasserfiltrationsmethoden zu verringern.

Das Wichtigste für Lebewesen auf der Erde ist der Zugang zu sauberem und sicherem Trinkwasser. Weltweit ist Wasserknappheit sogar in wasserreichen Gebieten unvermeidlich, da der Wohlstand der Menschheit, Industrialisierung, Fortschritt, ökologische Veränderungen und landwirtschaftliche Aktivitäten enormen Druck ausüben. Das Problem des Zugangs zu sauberem Wasser ist unvermeidlich und erfordert umfangreiche Forschung. Die Nanotechnologie hat viele wirksame Anwendungen in verschiedenen Bereichen, aber in letzter Zeit hat sich ihre Anwendung zur Wasser- und Abwasseraufbereitung als schnell wachsendes, vielversprechendes Gebiet herausgestellt. In diesem Abschnitt werden die neuesten Fortschritte bei der Entwicklung von Materialien und Prozessen im Nanomaßstab zur Aufbereitung von Oberflächenwasser, Grundwasser und industriellem Abwasser vorgestellt, das durch giftige Metalle, organische und anorganische Verbindungen, Bakterien und Viren verunreinigt ist. Außerdem wird die toxische Wirkung synthetischer Nanomaterialien auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt untersucht. Dieser Abschnitt befasst sich auch mit dem Schicksal und Transport synthetischer Nanomaterialien in Wasser- und Abwasseraufbereitungssystemen sowie den mit Nanomaterialien verbundenen Risiken.