از بین بردن آلاینده‌های زیستی با فیلترهای CNT

ویروس‌ها نیز در هوایی که انسان تنفس می‌کنند تشخیص داده شده است. در نمونه هوای موجود در اتاق‌های بیمارستانی به میزان قابل توجهی ویروس وجود دارد. پزشکان و عوامل بیمارستان هنگام جراحی‌های مختلف ممکن است با خطر استنشاق عوامل بیولوژیکی موجود در هوا روبه‌رو شوند. همچنین بررسی‌ها نشان داده است وسایل دندانپزشکی که در آنها از امواج فراصوت استفاده می‌شود، امکان پخش باکتری‌های خطرناک را در هوا افزایش می‌دهند. مطالعات نشان داده است افرادی که از ماسک تنفسی استفاده می‌کنند 23 درصد کمتر به بیماری آنفلوآنزا دچار می‌شوند. بنابراین، توسعه فناوری کنترل هوا در مبارزه با بیماری‌های استنشاقی کارآمد و مهم به نظر می‌رسد.

در طول سال، در تمام جهان مطالعات زیادی درخصوص فناوری‌های جدید برای تمیز کردن هوا انجام می‌شود. در میان روش‌های کنترل آلودگی هوا، فیلتراسیون به طور گسترده‌ای برای حذف ذرات از جریان هوا کاربرد دارد. به عنوان مثال داخل سیستم‌های تهویه مطبوع از فیلترهای تصفیه کننده هوا استفاده می‌کنند. با این حال، میکروارگانیسم‌های انباشته شده در داخل چنین سیستم‌هایی غیرفعال نیستند و می‌توانند بر اثر رطوبت بالا دوباره تولید شوند. علاوه بر این، عوامل بیماریزا می‌توانند داخل ساختمان دستگاه‌ها توزیع شوند و حضور آنها باعث ایجاد مشکلات بیشتری برای سلامت انسان‌ها می‌شود. به عنوان مثال عوامل لژیونلا (بیماری ریوی که می‌تواند کشنده باشد) در برج‌های خنک‌کننده یافت شده است، بنابراین می‌تواند از طریق سیستم‌های تهویه مطبوع دوباره به گردش درآید.

به نظر می‌رسد به توسعه یک سیستم فیلتراسیون نیاز است که نه تنها بتواند ذرات بیولوژیکی را از هوا جمع‌آوری، بلکه آنها را غیرفعال کند. اما نکته دیگری که مهم تلقی می‌شود پرهزینه بودن توسعه سیستم تصفیه هوا با کارایی بالاست. برای این موضوع، فناوری‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است از جمله استفاده از میدان الکترواستاتیک.

یکی از فناوری‌های جدید در تصفیه هوا، استفاده از نانولوله‌های کربنی است. نانولوله‌های کربنی یکی از موادی هستند که در برنامه‌های زیست محیطی به علت سطح بالا و قدرت جذب فوق‌العاده مورد استفاده قرار می‌گیرند. نانولوله‌ها آلوتروپ‌هایی از کربن هستند که ساختار استوانه‌ای دارند، آنها به نسبت طول، در قطرهای متفاوت یافت می‌شوند. بررسی‌ها نشان می‌دهد اسفنج‌هایی به کمک نانولوله‌ها سنتز شد و در جذب روغن‌ها و حلال‌ها موفق عمل کرد. مطالعات دیگری نشان داد نانولوله‌های کربنی برای از بین بردن اشرشیاکلی سمیت قوی را به نمایش گذاشته‌اند.

نانولوله‌های تک دیواره توانستند درصد بالایی از سلول‌ها را که در آزمایشگاه کشت می‌شدند از بین ببرند. علاوه بر این، نانولوله‌های کربنی قادر هستند درصد بالایی از مجموعه‌های میکروبی را که از آب رودخانه و پساب‌ها جمع‌آوری شده است، نابود کنند. بتازگی فیلترهایی به کمک نانولوله‌ها ساخته شده است که برای حذف عوامل بیولوژیکی از آب مورد استفاده قرار می‌گیرد والبته فیلتراسیون را با بازده بالا انجام می‌دهد، گرچه با وجود مزایایی که برای فیلتر‌های نانو وجود دارد استفاده از آنها به عنوان فیلترهایی که می‌توانند ذرات معلق و عوامل بیماریزا را در هوا جذب کنند تا مدت‌ها به صورت جدی مورد ارزیابی قرار نگرفته بود، اما در یک مطالعه که در سال 2010 منتشر شد نانولوله‌های تک دیواره و چند دیواره برای جذب مواد بسیار ریز موجود در هوا حدود پنج تا ده میکرو متر مورد مطالعه قرار گرفتند. این نانوتیوپ‌ها طول و قطر متفاوتی داشتند. استفاده از این نانولوله‌ها به عنوان فیلتر در دو مورد آزمایش شد: هوایی که دارای عوامل بیولوژیک است و هوای عاری از این عوامل. باکتری باسیلوس سوبتیلیس و باکتری سودوموناس در این مطالعه بررسی شدند. پس از 30 دقیقه که نمونه حاوی باکتری باسیلوس سوبتیلیس روی نانولوله‌ها مورد تست قرار گرفت بازده نفوذ از غشا از 100 درصد به 70 درصد رسید. بررسی‌های بیشتر نشان داد نانوفیلترهایی که اندازه منافذ آنها ده میکرو متر است در جذب باکتری باسیلوس سوبتیلیس قوی‌تر از نانولوله‌هایی عمل می‌کنند که اندازه منافذ آنها پنج میکرومتر است. وقتی باکتری سودوموناس روی فیلترهای CNT مورد مطالعه قرار می‌گیرد، بازده استفاده از فیلترهایی که منافذ 10 میکرو متری دارند به اندازه بازده حذف باکتری باسیلوس سوبتیلیس به کمک فیلترهایی است که اندازه منافذ آنها پنج میکرومتر است. البته این موضوع ممکن است ناشی از ساختار فیلترها و تجمع باکتری‌ها باشد. به دلیل این‌که نانولوله‌های چند دیواره شامل چند نانولوله تک دیواره هستند، به نظر می‌رسد تخلخل و تعداد منافذ آنها در مقایسه با نانولوله‌های چند دیواره کمتر باشد و به نظر می‌رسد این عامل بازده جذب را در این نانولوله‌ها افزایش خواهد داد. علاوه بر مزایای ذکر شده، مزیت عمده‌ای که فیلتر هایCNT نسبت به فیلترهای متداول دارند در این واقعیت نهفته است که می‌توان آنها را بارها پس از هر یک از فرآیند‌های تصفیه تمیز کرد و دوباره بازده فیلتر کردن کامل را به دست آورد. بنابراین می‌توان با کمک فیلترهایCNT بر آلودگی زیستی هوا غلبه کرد و تا حد بسیار مطلوبی می‌توان از انتشار بیماری‌های عفونی در محیط‌های داخلی جلوگیری کرد. به نظر می‌رسد در آینده‌ای نزدیک نانولوله‌ها می‌توانند به بهبود ساختار ماسک‌های پزشکی کمک کنند یا ماسک‌هایی ساخته شوند که در افراد دارای سیستم ایمنی پایین مثل کودکان، سالمندان، زنان باردار و بیماران خاص مورد استفاده قرار بگیرند و به شکل بهبود یافته ایمنی آنها را در محیط‌های خارجی تامین کنند. (ضمیمه سیب)

دکتر مهدیه انتظاری / استادیار شیمی آلی دانشگاه آزاد اسلامی

مرجع: Journal of Aerosol Science
41 (2010) 611–620