۷ حوزه صنعتی با بیشترین کاربرد

۴ کشور پیشتاز در ثبت پتنت نانوحباب‌ها

بررسی توسعه فناوری نانو حباب نشان می‌دهد که از سال ۲۰۱۷ این فناوری رشد قابل توجهی داشته، به طوری که تعداد پتنت‌های منتشر شده در سال ۲۰۱۸ حدود ۱.۵ برابر بیشتر از سال ۲۰۱۷ است و ۴ کشور ژاپن، امریکا، کره و چین بیشترین تعداد ثبت پتنت را داشتند.

کد خبر: ۶۷۳۶۴۹

تاریخ: ۱۱ دی ۱۴۰۲ - ۱۳:۰۴

به گزارش ایران اکونومیست، نانو حباب یا حباب‌های فوق‌ریز حباب‌های گازی در مقیاس نانو در محلول‌های آبی هستند که قابلیت تغییر خصوصیات آب را دارند. این حباب‌ها دارای قطر ۲۰۰ نانومتر هستند و به دو دسته سطحی و نانو حباب‌های حجمی تقسیم می‌شوند.

در آب خالص سطح نانو حباب‌ها دارای بار منفی است و موجب تشکیل یک لایه دو گانه الکتریکی در اطراف آنها می‌شود. یون‌های جمع شده در اطراف سطح نانو حباب‌ها، تشکیل یک لایه نازک را می‌دهند که خود به عنوان یک مانع در برابر نفوذ عمل کرده که این امر موجب کاهش انحلال گاز و افزایش طول عمر نانو حباب‌ها می‌شود.

میزان پایداری نانو حباب‌ها با مقدار پتانسیل «زتا» در ارتباط است. پتانسیل «زتا» به عنوان پتانسیل الکتریکی در مرز صفحه لغزش لایه دوگانه الکتریکی نانو حباب تعریف شده است. هر چه این پتانسیل بیشتر باشد، پایداری نانو حباب‌ها در سوسپانسیون به دلیل دافعه بین حباب‌ها افزایش می‌یابد.

از این رو نانو حباب‌ها در حوزه‌های مختلف صنعتی کاربرد یافته‌اند:

مدیریت و کنترل کیفیت آب

آلودگی آب از منابع مختلفی مانند رسوبات ماده جامد، آفت کش‌ها و مواد شیمیایی مورد استفاده در صنعت، مواد مغذی مانند فسفر و نیتروژن حاصل از کودهای شیمیایی و مواد شوینده، جلبک‌های سمی ناشی از مردابی شدن آب و پاتوژن‌های بیماری‌زای ناشی از میکروارگانیسم‌ها ناشی می‌شود.

روش‌های اصلاح هر یک از این آلودگی‌ها شامل شناورسازی، لخته‌سازی و هوادهی در طول چندین دهه توسعه یافته‌اند.

با استفاده از نانو حباب می‌توان منابع آبی زیرزمینی و زمینی را از وجود چنین آلودگی‌هایی پاک کرد؛ چرا که این فناوری برای هوادهی سطح مشترک رسوب آب یک روش مقرون به صرفه  و سازگار با محیط زیست به منظور از بین بردن آلودگی‌های موجود سطح مشترک آب به شمار می‌رود.

با استفاده از این تکنولوژی حتی می‌توان آلودگی موجود در خاک و آب‌های زیر زمینی را نیز از بین برد. از جمله مواردی که باعث آلودگی خاک می‌شود، فلزات سنگین و ترکیبات هیدروکربنی است. روش مرسوم برای حذف چنین آلاینده‌هایی، اسپری کردن هوا است که در آن یک گاز مانند هوا از طریق چاه‌های تزریق به زیر سطح آب سفره آب تزریق می‌شود و از این روش آب‌های زیر زمینی توسط تزریق آب به گردش درآمده و موجب حذف مواد فرار می‌شوند، ولی نانو حباب‌ها به دلیل بازده انتقال جرم بالایی که دارند، موجب بهبود اصلاح زیستی شده و به دلیل ایجاد رادیکال‌های آزاد هیدروکسیل با قابلیت اکسیداسیون بالا در هنگام فروپاشی موجب افزایش منطقه نفوذ می‌شوند.

تصفیه فاضلاب

نانو حباب‌ها با کاهش زمان اتصال به ذرات و افزایش سطح تماس موجب بهبود جذب ذرات آلاینده می‌شوند.

صنعت کشاورزی

تکنولوژی نانو حباب در بخش‌هایی مانند افزایش جامعه میکروبی، کپسوله کردن مواد مغذی و حفظ رطوبت خاک نتایج قابل توجهی نشان داده است. تحقیقات نشان می‌دهد استفاده از نانو حباب در کاشت برنج کاهش ۲۵ درصدی کود را در پی داشته است.

همچنین در تحقیق دیگری که روی پرورش خیار و گوجه صورت گرفته، مشاهده شد که استفاده از نانو حباب‌ها در آبیاری قطره‌ای موجب افزایش تولید محصول می‌شود.

صنعت آبزی‌پروری

چالش‌های موجود در آبزی‌پروری وابستگی زیادی به محصول هدف دارد. زمانی که هدف پرورش میگو یا صدف باشد، به دلیل کیفیت پایین آب، بیماری‌های متعدد،‌ مواد مغذی و عوامل دیگر نرخ مرگ و میر بسیار بالا می‌رود.

استفاده از نانو حباب در این زمینه به دلیل قابلیت افزایش اکسیژن محلول در آب می‌تواند نقش کمک کننده‌ای داشته باشد. مقدار اکسیژن محلول در آب نقش مهمی در سلامت ماهی دارد، زیرا سبب بهبود شرایط محیطی و سیستم ایمنی ماهی و همچنین کاهش رشد باکتری‌ها می‌شود.

پزشکی و بایوداروها

یکی از کاربردهای نانو حباب‌ها در تصویربرداری اولتراسونیک است. این تصویربرداری یکی از روش‌های شناخته شده در تشخیص و درمان بیماری‌های گوناگون است.

نانو حباب‌های هدفمند می‌توانند به عنوان سیستم تحویل دارو با تحریک اولتراسوند برای هدف‌گیری خاص تومور استفاده شوند، زیرا با توجه به اندازه کوچک آنها، نشت دارو از رگ‌های خونی به بافت‌های اطراف امکان‌پذیر است.

صنعت نفت و گاز

روش‌های استخراج و فرآوری نفت می‌تواند بر اساس منطقه یا کاربرد بسیار متفاوت باشد و پژوهش‌های انجام شده ثابت کرده است که فناوری نانو حباب موجب افزایش بازدهی فرآیند جداسازی نفت-آب و کاهش سولفید هیدروژن می‌شود.

معدن

لیچینگ توده‌ای، یک فرآیند معدنی صنعتی برای استخراج فلزات گرانبها،‌ مس،‌ اورانیوم و دیگر ترکیبات از سنگ معدن است که اکسیژن نقش مهمی در فعال کردن این واکنش‌ها دارد، ولی رساندن مؤثر اکسیژن به فرآیند لیچینگ چالش برانگیز است.

قابلیت نانوحباب‌ها در افزایش و حفظ سطح بالای اکسیژن محلول‌های لیچینگ، فرصت افزایش میزان بازیابی فلز یا کاهش هزینه‌های لیچینگ را برای معدن‌کاران فراهم می‌کند.

وضعیت ثبت اختراعات  نانوحباب‌سازها

بررسی سیر زمانی این فناوری می‌تواند به تعیین قدرت و تاثیر بالقوه یک فناوری کمک کند و دیدگاه‌های مهمی را در مورد چشم‌انداز نوآوری برای مشاغل ارائه دهد. نمودار زیر روند تعداد اظهارنامه‌های منتشر شده در طی سال‌ها در حوزه فناوری نانو حباب در صنعت کشاورزی و پساب صنایع غذایی را در ۲۰ سال گذشته نشان می‌دهد.

بر اساس این نمودار پیش‌بینی می‌شود که در سال‌های آینده میانگین انتشار اظهارنامه رو به رشد و صعودی باشد.

از سال ۲۰۱۷ به بعد در این فناوری رشد قابل توجهی مشاهده می‌شود، به صورتی که تعداد پتنت‌های هم خانواده منتشر شده در سال ۲۰۱۸ حدود ۱.۵ برابر پتنت‌های هم خانواده منتشرشده در سال ۲۰۱۷ است.

به ترتیب بیشترین تعداد پتنت‌های حوزه نانوحباب‌سازها در کشورهای چین،‌ کره جنوبی،‌ ژاپن و امریکا در حال حفاظت است.