مقدمه
واژه نانوفیلتراسیون تا اواسط نیمه دوم دهه ۸۰ هنوز به طور مشخص مورد استفاده قرار نگرفته بود. در حقیقت این غشاها از اوایل دهه ۶۰ وجود داشتند و با عناوین غشاهای اسمز معکوس آزاد(Loose Reverse Osmosis)، اسمز معکوس باز(Open Reverse Osmosis)، حد واسط غشاهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون،غشاهای اسمز معکوس انتخابی(Selective Reverse Omosis) و یا غشاهای اولترافیلتراسیون فشرده(Tight Ultrafiltration) مورد استفاده قرار می گرفت. بنابراین تولید نانوغشاها با تولید غشاهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون همزمان بوده و به اواخر دهه ۵۰ تا اول دهه ۱۹۶۰ برمی گردد. طی مدت زمان نزدیک به ۱۵ سال، به موجب توسعه و پیشرفت فناوری در زمینه غشاهای اسمز معکوس و اولترافلتراسیون و کشف پتانسیل های بالقوه کاربرد فرایندهای غشایی در صنایع مختلف، منجر به ایجاد غشاهای جدید از نوع نانو شد.
تعریف نانوفیلتراسیون
به طور معمول جداسازی نمک های تک ظرفیتی، دو ظرفیتی و حل شده های غیریونی با وزن مولکولی کمتر از ۲۰۰۰ گرم بر مول، عامل اصلی در انتخاب غشاهای جدید با خواص و ویژگی های فی مابین غشاهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون می باشد. محدوده ویژگی ها و مشخصات فرایند جداسازی غشاهایی که از طریق این تعریف پوشش داده می شود به تازگی به عنوان غشاهای نانو مطرح شده است.
این فرایند در سال های ۱۹۸۰ نیز تحت عنوان هیپرفیلتراسیون (Hyperfiltration) از آن نام برده شده و همیشه همراه با فرایند اسمز معکوس و مشابه آن معرفی شده است. امروزه نانوفیلتراسیون به صورت یک فرایند به طور کامل مجزا با خواص کاربردی ویژه به کار گرفته می شود و با دو فرآیند اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون اختلاف های اساسی دارد. به عبارتی غشاهای به کار رفته در فرایند نانوفیلتراسیون دارای ساختار متخلخل از نوع میکرو با قطر روزنه های کمتر از ۲ نانومتر بوده و از مواد پلیمری، که در بیشتر حالت ها دارای بار یونی می باشند، ساخته شده اند.
شهرت تجاری نانوفیلتراسیون از اوایل سال های ۱۹۸۰ آغاز شده و در سال ۱۹۸۸ اولین نانوغشاها از جنس مواد سرامیکی به صورتتجاری و کاربردی مورد استفاده قرار گرفت. بعدها نانوغشاهایی از جنس مواد پلیمری آلی جهت کاربردهای خاص به بازار عرضه شد. در حال حاضر غشاهای نانو در بخش های مختلف صنایعی چون بیوتکنولوژی، صنایع غذایی و کشاورزی، تولید آب آشامیدنی و حفاظت محیط زیست به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال، می توان به جداسازی مواد معدنی از لاکتوز در صنایع شیر، بازیابی و استفاده مجدد از آب مصرفی در پساب های رنگی و تصفیه آب شرب در یک مقیاس بزرگ اشاره کرد.
کاربردهای ممکن فرایند نانوفیلتراسیون در صنایع مختلف
غذایی:
– نمک زدایی از محلول پنیر
– نمک زدایی از محلول شکر
– بازیابی مواد غذایی در فرایند تخمیر
– تصفیه پساب
– خالص سازی اسیدهای آلی
نساجی، چرم و کاغذ:
– جداسازی اسیدهای آمینه
– بازیابی رنگینه ها از پساب
– بازیابی آب و نمک از پساب
– بازیابی مواد آهاری از پساب آهارگیری
– بازیابی و استفاده مجدد از یون های کروم
– تصفیه پساب
شیمیایی:
– بازیابی محلول سفیدگری
– حذف گاز دی اکسیدکربن در فرایند گازی
– تهیه برومید
– بازیابی قلیا در فرایند تولید سلولز و ویسکوز
– رسوب سولفات کلسیم
الکترونیک و آّبکاری:
– جداسازی فلزات سنگین از محلول اسیدها
– حذف سولفات های فلزی از پساب
– حذف نیکل
تولید آب:
– بازیابی هیدروکسید لیتیم در تصفیه پساب باتری سازی
– حذف مواد روغنی از آب
– حذف سختی از آب
– حذف مواد آلی طبیعی
– حذف سموم دفع آفات از آب
– حذف فلزات سنگین، آهن، مس، روی و سیلیکا
– تصفیه آب های شور
کشاورزی:
– حذف فسفات، سولفات، نیترات و فلوراید
– حذف سلنیوم از آب زهکشی
ویژگی ها و مشخصات اصلی و اساسی فرایند نانوفیلتراسیون عبارتند از:
– جرم مولکولی ذرات و مولکول های احتباس شده توسط این غشا بین ۲۰۰ تا ۲۰۰۰ گرم بر مول (دالتون) قرار می گیرد.