با توجه به سمیت و اثرات مخرب زیست محیطی فلزات سنگین، به ویژه جیوه و سرب، حذف و تصفیه آن‌ها از پساب‌های صنعتی یکی از نگرانی‌های مهم در بحث‌های زیست محیطی است. از طرفی با توجه به اهمیت تأمین آب سالم و کمبود فعلی کشور در این بخش، یکی از راهکارهای مفید در کنترل و بهینه سازی مصرف، بازگرداندن آب‌های خروجی آلوده‌ی واحدهای صنعتی به چرخه‌ی تولید است. یک راهکار ساده جهت دستیابی به این مهم استفاده از فرایند تصفیه‌ی غشایی است.
به گفته‌ی دکتر مهران جوانبخت، در حال حاضر تقریباً کلیه غشاها و مدول‌های غشایی مورد مصرف در صنایع، وارداتی است که با وجود موانع و تحریم‌های ایجاد شده در سال‌های اخیر، نیاز به بومی سازی این صنعت کاملاً احساس می‌شود. در این مطالعه نیز محققان به دنبال تهیه‌ی غشایی با قابلیت جذب و جداسازی مستقیم فلزات سنگین از پساب بودند.
وی در ادامه افزود: «اخیراً استفاده از غشاء، به ویژه غشاهای پلیمری- به علت سهولت و انعطاف پذیری در ساخت و فرایند غشایی- به دلیل مزایایی همچون مقرون به صرفه بودن، طول عمر مناسب و کارایی خوب، در جداسازی و تصفیه‌ی پساب‌ها رو به گسترش است. لذا مطالعاتی جهت رفع مشکلات غشاها نظیر خواص آبگریزی و قابلیت انتخاب گزینی آن‌ها امری ضروری است.»
نتایج نشان داده که غشای سنتز شده تراوایی مناسبی داشته و به طور قابل توجهی (بیش از 95% ) قادر به جداسازی فلزات سنگین از پساب است. از طرفی نتایج نمونه‌های صنعتی به خوبی کارایی غشاء در تصفیه‌ی پساب‌های صنعتی را تأیید کرده است. از این رو، با توجه به گستره‌ی کاربرد فرایندهای غشایی، این دستاورد می‌تواند در تصفیه‌ی پساب‌های خروجی صنایع و آب‌های آلوده استفاده گردد.
این محقق در خصوص سایر مزیت‌های این غشا عنوان کرد: «روش‌های معمول حذف، مانند رسوب‌دهی شیمیایی یا افزودن جاذب‌ها به پساب، معمولاً چند مرحله‌ای بوده و با افزودن یک ماده‌ی دیگر به محیط همراه است. این در حالی است که در این روش غشا با داشتن قابلیت جذب، به طور مستقیم و طی فرایندی تک مرحله‌ای، عملیات جداسازی را انجام می‌دهد.»
در این پروژه پس زنی غشاء برای فلزات سنگین با حفظ تراوایی آن، با ترکیب مکانیزم جذب توسط جاذب و پس زنی غشاء افزایش یافته است. همچنین درصورت بازگشت آب به چرخه‌ی تولید، با کنترل مصرف، هزینه‌های آب مصرفی نیز کاهش خواهد یافت.
به گفته‌ی جوانبخت، در روند این مطالعات در ابتدا غشای پلیمری بر پایه پلی اترسولفون ساخته شد. سپس نانوذرات سیلیکا با استفاده از مرکاپتوسیلان، عامل‌دار گردید. این نانوذرات عامل‌دار شده با قابلیت جذب انتخابی بالا نسبت به یون‌های جیوه و سرب، بر روی سطح غشای پلی اتر سولفون آمایش شده با پلاسما نشانده شدند.
لازم به توضیح است که نانوذرات سیلیکا با سطح بالای خود سایت‌های مناسبی را برای نشاندن عامل جاذب مرکاپتان فراهم کرده‌اند. لذا نانوذرات عامل‌دار تهیه شده قابلیت جذب و گزینش‌پذیری بالایی را فراهم می‌آورند. افزودن این قابلیت جذب بالا به غشای تهیه شده با متوسط اندازه حفرات حدود 6 نانومتر و تراوایی مناسب، به گونه ای که حداقل افت تراوایی ایجاد شود، پس زنی غشا را به شدت افزایش داده است.
وی در ادامه افزود: «اخیراً استفاده از غشاء، به ویژه غشاهای پلیمری- به علت سهولت و انعطاف پذیری در ساخت و فرایند غشایی- به دلیل مزایایی همچون مقرون به صرفه بودن، طول عمر مناسب و کارایی خوب، در جداسازی و تصفیه‌ی پساب‌ها رو به گسترش است. لذا مطالعاتی جهت رفع مشکلات غشاها نظیر خواص آبگریزی و قابلیت انتخاب گزینی آن‌ها امری ضروری است.»
نتایج نشان داده که غشای سنتز شده تراوایی مناسبی داشته و به طور قابل توجهی (بیش از 95% ) قادر به جداسازی فلزات سنگین از پساب است. از طرفی نتایج نمونه‌های صنعتی به خوبی کارایی غشاء در تصفیه‌ی پساب‌های صنعتی را تأیید کرده است. از این رو، با توجه به گستره‌ی کاربرد فرایندهای غشایی، این دستاورد می‌تواند در تصفیه‌ی پساب‌های خروجی صنایع و آب‌های آلوده استفاده گردد.
این محقق در خصوص سایر مزیت‌های این غشا عنوان کرد: «روش‌های معمول حذف، مانند رسوب‌دهی شیمیایی یا افزودن جاذب‌ها به پساب، معمولاً چند مرحله‌ای بوده و با افزودن یک ماده‌ی دیگر به محیط همراه است. این در حالی است که در این روش غشا با داشتن قابلیت جذب، به طور مستقیم و طی فرایندی تک مرحله‌ای، عملیات جداسازی را انجام می‌دهد.»
در این پروژه پس زنی غشاء برای فلزات سنگین با حفظ تراوایی آن، با ترکیب مکانیزم جذب توسط جاذب و پس زنی غشاء افزایش یافته است. همچنین درصورت بازگشت آب به چرخه‌ی تولید، با کنترل مصرف، هزینه‌های آب مصرفی نیز کاهش خواهد یافت.
به گفته‌ی جوانبخت، در روند این مطالعات در ابتدا غشای پلیمری بر پایه پلی اترسولفون ساخته شد. سپس نانوذرات سیلیکا با استفاده از مرکاپتوسیلان، عامل‌دار گردید. این نانوذرات عامل‌دار شده با قابلیت جذب انتخابی بالا نسبت به یون‌های جیوه و سرب، بر روی سطح غشای پلی اتر سولفون آمایش شده با پلاسما نشانده شدند.
لازم به توضیح است که نانوذرات سیلیکا با سطح بالای خود سایت‌های مناسبی را برای نشاندن عامل جاذب مرکاپتان فراهم کرده‌اند. لذا نانوذرات عامل‌دار تهیه شده قابلیت جذب و گزینش‌پذیری بالایی را فراهم می‌آورند. افزودن این قابلیت جذب بالا به غشای تهیه شده با متوسط اندازه حفرات حدود 6 نانومتر و تراوایی مناسب، به گونه ای که حداقل افت تراوایی ایجاد شود، پس زنی غشا را به شدت افزایش داده است.
به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو،این تحقیقات حاصل همکاری دکتر مهران جوانبخت، دکتر محمد کریمی، اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، احمد رضوانی بروجنی، دانشجوی دکترای شیمی این دانشگاه، دکتر بهروز اکبری و سیروس شهرجردی است. نتایج این کار در مجله‌ی Industrial & Engineering Chemistry Research (جلد 54، شماره 1، سال 2015، صفحات 502 تا 513) منتشر شده است.