Η νανοτεχνολογία εισάγει μια καινούρια επιστημονική προσέγγιση με τη χρήση υλικών που το μέγεθος τους μετριέται σε νανόμετρα (nm). Τα νανοϋλικά έχουν προκαλέσει τεράστιο ενδιαφέρον για πιθανές τεχνολογικές και επιστημονικές εφαρμογές. Οι δομές των νανοϋλικών έχουν αναλογίες τόσο με ογκώδη, συμπαγή υλικά όσο και με ανεξάρτητα μόρια. Οι ιδιότητές τους βρίσκονται ανάμεσα στα δύο παραπάνω άκρα, όμως δεν είναι λίγες οι φορές που από τα νέα νανοϋλικά προκύπτουν απροσδόκητες, ιδιότητες.
Η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας για τον καθαρισμό του νερού προσφέρει την προοπτική για εφαρμογές οικονομικές, με μεγάλη απόδοση στην απομάκρυνση των ρύπων και δυνατότητες ανακύκλωσης των υλικών. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των νανοϋλικών που εξετάζονται είναι: η τεράστια ειδική επιφάνεια, η μικρή κλίμακα του μεγέθους, η ελεγχόμενη χημική δραστικότητα, η καλή μηχανική σταθερότητα και κατά περίπτωση η υδροφιλικότητα και η υδροφοβικότητα. Αρκετά βαρέα μέταλλα (όπως ο μόλυβδος, το κάδμιο, το αρσενικό, κτλ), πολλοί βλαβεροί μικροοργανισμοί, διάφοροι ανόργανοι και οργανικοί ρύποι έχει αναφερθεί πως απομακρύνονται με τη χρήση των κατάλληλων νανοϋλικών. Σημαντική πρόοδος έχει συντελεστεί τα τελευταία χρόνια στον σχεδιασμό και την κατασκευή νανομεμβρανών, νανοτεχνολογικών φωτοκαταλυτών και νανοροφητών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία ρυπασμένου νερού Το συμπέρασμα που βγαίνει από την συνεκτίμηση όλων αυτών είναι πως οι προοπτικές για την είσοδο νανοϋλικών στις διεργασίες καθαρισμού του νερού είναι ιδιαίτερα θετικές.
Η πτυχιακή εργασία παρουσιάζει εφαρμογές των νανοϋλικών που σχετίζονται με την επεξεργασία και τον καθαρισμό/αποκατάσταση του υδατικού περιβάλλοντος. Γίνεται ανάλυση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων από τη χρήση των υλικών με βάση τον άνθρακα όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα, το γραφένιο και οι κυκλοδεξτρίνες, καθώς και μέταλλα με τα οξείδιά τους, όπως ο άργυρος, ο σίδηρος, το οξείδιο του τιτανίου, το οξείδιο του ψευδαργύρου,. Ακόμα περιγράφεται η χρήση των εντυπωσιακών υβριδικών μεταλλοργανικών πλεγμάτων (MOFs). Παρουσιάζονται οι σύνθετες φωτοκαταλυτικές τεχνικές αποικοδόμησης και τα εξωτικά πλασμονικά νανοϋλικά.
Nanomaterials have generated great interest for their potential use in technological and scientific applications. The structures of nanomaterials have analogies to bulk materials and individual molecules. Their properties usually lie between these two extremes, but occasionally new unexpected phenomena emerge. The development of nanotechnology associated with water purification offers the prospect for the realization of inexpensive applications, with improved efficiency in the removal of pollutants and capabilities of material recycling. The unique characteristics of the nanomaterials currently under study include: huge specific surface area, small scale (nanoscale), controlled chemical activity, good mechanical stability and the hydrophilicity or hydrophobicity. Several heavy metals (such as lead, cadmium, arsenic, etc.), many harmful microorganisms, various inorganic and organic pollutants have been reported to be removed with the aid of suitable nanomaterials. Significant progress has been made in the design and manufacture of nanomembranes, nanotechnological photocatalysts and nanosorbents that can be used to treat polluted water. The conclusion that emerges from taking into account all these facts is that the prospects for the entry of nanomaterials into the water purification processes are particularly positive.
This work describes the applications of nanomaterials related to the treatment and cleaning/restoration of the aquatic environment. It analyzes the advantages and disadvantages of using carbon-based materials such as carbon nanotubes, graphene and cyclodextrins, as well as metals and their oxides such as titanium oxide, zinc oxide, silver, iron. The use of the impressive hybrid metal-organic frameworks (MOFs) is also described and some complex photocatalytic degradation techniques as well as the exotic plasmonic nanomaterials are presented.
Νανοϋλικά και διδιάστατα υλικά για την επεξεργασία νερών και απορρύπανση υδατικών αποβλήτων