طرح تولید نانو فیلتر

صاف نمودن و جداسازی ذرات نامطلوب از سیالات (مایعات و گازها) یکی از نیازهای بشر از گذشته تاکنون میباشد. فیلترها وسایلی هستند که همواره دارای سطوح متخلخلی میباشند که بیشتر به منظور جداسازی ذرات جامد از سیالات استفاده میشوند به. طور مثال هنگامی که یک مایع یا یک سیال از فیلتر عبور داده میشود، در اثر اختلاف فشار بین دو سمت فیلتر، سیال از فیلتر عبور کرده و ذرات جامد با توجه به اندازه حفرههای فیلتر، نمیتوانند از آن عبور نمایند. شکل 1 نحوه عملکرد یک فیلتر را نشان می دهد.

نحوه عملکرد یک نانو فیلتر

نانو فیلتر ها عموماً سطوح متخلخلی هستند که در آنها حفره هایی با اندازه های بسیار کوچک وجود دارد. در تولید نانو فیلتر ها معمولاً از الیاف پلیمری که اغلب توسط روش الکترواسپینینگ تولید میشوند، استفاده میگردد. آمارها نشان می دهد که نانو الیاف پلیمری بیش از 10 سال در صنایع مختلف مهندسی مورد استفاده قرار گرفته است .
این فیلترها با توجه به الیاف مورد استفاده در تولید آن، از انواع مختلفی ساخته میشوند. در ضمن این گونه از فیلترها در اشکال مختلفی چون تخت، استوانه ای یا حتی لولهای شکل ساخته میشوند. از آنجایی که ابعاد الیاف مورد استفاده در تولید این فیلترها بسیار کوچک است، حفره های ایجاد شده در بین این الیاف نیز بسیار کوچک بوده و در حدود چند نانومتر میباشند این بدین معنی است که ذرات نسبتاً بزرگ از این حفره امکان عبور از این گونه فیلترها را نخواهند داشت
نانوفيلترها عموماً سطوح متخلخلي هستند كه در آنها حفرههايي با اندازههاي بسيار كوچك وجود دارد. در توليد نانوفيلترها معمولاً از الياف پليمري كه اغلب توسط روش الكترواسپينينگ توليد ميشوند، استفاده ميگردد. آمارها نشان مي دهد كه نانو الياف پليمري بيش از 10 سال در صنايع مختلف مهندسي مورد استفاده قرار گرفته است .
اين فيلترها با توجه به الياف مورد استفاده در توليد آن، از انواع مختلفي ساخته ميشوند. در ضمن اين گونه از فيلترها در اشكال مختلفي چون تخت، استوانهاي يا حتي لولهاي شكل ساخته ميشوند. از آنجايي كه ابعاد الياف مورد استفاده در توليد اين فيلترها بسيار كوچك است، حفرههاي ايجاد شده در بين اين الياف نيز بسيار كوچك بوده و در حدود چند نانومتر ميباشند اين بدين معني است كه ذرات نسبتاً بزرگ از اين حفره امكان عبور از اين گونه فيلترها را نخواهند داشت

عوامل مؤثري در عملكرد يك فيلتر مؤثر است كه برخي از آنها عبارتند از :

ـ اختلاف فشار بين دو سطح فيلتر
ـ سرعت فيلتراسيون
ـ نوع و مقاومت پارچه فيلتر
ـ سطح فيلتر
و عوامل ديگري كه در عملكرد يك فيلتر تأثير ميگذارد .
به منظور توليد اغلب فيلترها نياز است تا يك صفحه مشبك با استفاده از الياف در ابعاد نانو توليد شود. به منظور توليد اين صفحات از تكنيك الكترواسپينينگ استفاده ميشود. در روش الكترواسپينينگ از نيروي الكترواستاتيك، جهت ريسيدن الياف استفاده ميشود. با استفاده از ولتاژ زياد نيروي الكترواستاتيك لازم جهت ريسيدن محلول پليمري فرآهم ميشود و پليمر ريسيده شده بر روي يك صفحه جمع ميشود. شبكه توليدي از الياف نانو با استفاده از اين روش اولاً بسيار كوچك ميباشند ثانياً در خود داراي حفرههاي بسيار
ظريف ميباشند كه ميتوان از آنها بهعنوان فيلتر استفاده نمود. اين شبكه توليد شده را ميتوان در اشكال متفاوتي چون تخت و يا استوانهاي جهت استفاده در عمليات فيلتراسيون مورد استفاده قرار دارد

موارد مصرف و کاربرد نانو فیلتر

همانگونه که از نام این محصول مشخص است، کاربرد اصلی آن انجام عملیات فیلتراسیون ذرات در ابعاد بسیار ریز و در اندازه نانومتر میباشد. فیلترها اغلب جهت جداسازی ذرات، تصفیه هوا و آب و به طور کلی گرفتن ذرات نامطلوب از یک محیط مورد نظر میباشد. با توجه به اینکه در تولید این گونه ها معمولاً از الیاف در اندازه نانو استفاده میشود اینگونه فیلترها توانایی جداسازی ذرات بسیار ریز در حدود چند نانومتر را دارا هستند.
استفاده از این فیلترها در صنایع پزشکی جهت جداسازی باکتریها و قارچها، استفاده از فرآیند تصفیه خصوصاً تصفیه هوا و آب و برخی مواد دیگر از جمله کاربردهای این فیلترها میباشد به. منظور بیان دقیق تر در خصوص کاربردهای اینگونه از فیلترها، برخی از مصارف نانوفیلترها در ذیل به طور مختصر بیان میگردد.

تصفیه هوا

با توجه به منافذ بسیار ریز اینگونه فیلترها، میتوان ذرات گرد و غبار و حتی برخی آلودگی های بسیار کوچک را با استفاده از نانو فیلترها از هوا جدا نمود. مهمترین مصرف نانوفیلترها در این زمینه در خصوص کولرهایی است که علاوه بر خنک کردن، عمل تصفیه هوا را نیز تؤاماً انجام میدهند. مکانیزم عمل اینگونه از کولرها بدین صورت است که هوای محیط اطراف توسط یک سیستم مکش به درون کولر منتقل میگردد.
هوای وارد شده به درون کولر، خنک شده و در نهایت این هوای خنک به محیط اطراف دمیده میشود. استفاده از نانوفیلتر در کولر به این صورت است که در محل ورودی هوای محیط از یک لایه نانوفیلتر استفاده میگردد تا هنگام مکش هوا از محیط جهت خنک کردن آن، ذرات گرد و غبار بسیار ریز از محیط اطراف گرفته شود. بدین صورت علاوه بر خنک کردن هوا، عمل تصفیه کردن ذرات معلق نیز انجام میشود. شکل 4 ذرات انبار جمع شده در پشت یک نانوفیلتر را نشان میدهد.
مصرف دیگر این فیلتر در یخچال ها میباشد که از این فیلترها در جهت تصفیه هوا و گرفتن بو در محیط بسته یخچال استفاده میگردد. این فیلترها در مسیر چرخش هوای یخچال قرار میگیرد و با عبور هوا از آن ذرات معلق و بوی موجود در هوای داخل یخچال گرفته می شود.

تصفیه آب

آبها با توجه به منابع و سرچشمه های خود، ناخالصی های مختلفی نظیر ذرات معلق، فلزات سنگین که باعث سختی آب میشود، مواد رنگی و آلودگیهای دیگر را در خود جای میدهند. با توجه به مصارف متعدد آب در صنایع مختلف و نیاز اولیه بشر به آب و همچنین مشکلات و سختیهای پیشرو در مقابل متخصصین این رشته جهت تصفیه آب و دفع آلودگی های آن، استفاده از نانو فیلتر، سبب میشود تا فرآیند تصفیه آب با سهولت انجام پذیرد.
اولین مشکل آب خصوصاً آبهای جاری، وجود املاح مختلفی نظیر Ca20 و Mg20 به عنوان سختی های ب میباشد. نانو فیلتر ها به گونه ای ساخته شده اند که خلل و فرج آنها از اندازه این املاح بسیار کوچکتر بوده و استفاده از این فیلترها سبب میشود این املاح از آب جدا شوند. از طرفی ذرات معلق و برخی از موجودات زنده موجود در آب نظیر باکتریها و قارچها به دلیل اندازه بزرگترشان در مقایسه با خلل و فرج نانو فیلتر ها، امکان عبور از نانوفیلترها را ندارند و با استفاده از این فیلترها این مواد را نیز میتوان از آب جدا نمود. شکل 5 شمای کلی از یک نانو فیلتر که جهت تصفیه آب رودخانه جهت مصرف شرب استفاده میشود را نشان میدهد .

مصارف پزشکی

وجود عوامل بیماریزا و خطرناک در عالم پزشکی سبب شده است که تا لزوم محافظت در برابر عوامل بیماری زا نظیر ویروسها و باکتریها از اصول اولیه در علم پزشکی به حساب آید. از آنجایی که عوامل بیماریزا اغلب دارای اندازه های بسیار کوچک میباشند، با استفاده از نانوفیلترها میتوان این عوامل را از محیط اطراف جدا نموده و حتی فیلترهای مناسب در مقابل آنها ساخت. از آنجایی که در اغلب فرآیندهای پزشکی لازم است تا افراد مرتبط با فرآیند مربوطه با عوامل بیماریزا در ارتباط باشد، از این ها رو تولید ماسک و محافظ های ساخته شده از نانوفیلترها، از دیگر کاربردهای اینگونه از فیلترها میباشد. به طور مثال باکتری E.Coli را میتوان با استفاده از برخی نانوفیلترها از محیط اطراف جدا نمود. شکل 6 برخی از ماسکهای نانوفیلتر را نشان میدهد.
ماسکهای تولید شده با استفاده از نانو فیلترها

تاریخچه

نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند.

کد آیسیک مرتبط با صنعت تولید فیلتر نانو

کد آیسیک مخفف International Standard Industrial Classification (سیستم بین المللی طبقه بندی استاندارد صنایع) است. کد گذاری به عنوان روش ساده و دقیق برای تعیین هویت کالا، قطعات ، مدارک و اموال ، سالها است که در سطه شرکت هاو زنجیره های تأمین مورد استفاده قرار می گیرد.

کد تعرفه گمرکی مرتبط با صنعت تولید نانو فیلتر

تعرفه یا به عبارت دیگری(TARIFF) یک نوع معیار رقمی و یا عددی می باشد برای شناسی و تعیین جایگاه کالا در ترخیص کالا .
تعرفه گمرکی میزان حقوق ورودی قابل پرداخت برای ورود کالا می باشد.تعرفه گمرکی در بستر تاریخ مبتنی بر سیستم و روش های خاصی از قبیل اداره گمرک،آمار،حمل و نقل،بیمه و غیره طراحی و مورد استفاده قرار می گیرد.
کد تعرفه گمرکی تولید نانو فیلتر هوا (غیر خودرویی) 84213990 میباشد.

بررسی روش های تولید نانو فیلتر ها

نانوفیلترها را میتوان از مواد مختلفی تهیه نمود. ذرات کربن، مواد سرامیکی و مواد پلیمری که به صورت شبکه ای از الیاف درمیآیند از جمله موادی هستند که در تهیه نانوفیلترها مورد استفاده قرار میگیرند. با توجه به جدید بودن تکنولوژی تولید این فیلترها و اطلاعات ناچیز در خصوص تولید انواع مختلف فیلترها، در انجام این امکانسنجی روش تولید نانوفیلترهایی که از جنس الیاف پلیمری هستند مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
به منظور تولید صفحه مشبکی از نانوالیاف که میتواند به عنوان یک نانوفیلتر عمل کند، میتوان از روش الکترواسپینینگ استفاده نمود. در روش الکترواسپینینگ از یک میدان الکتریکی استفاده میشود. این میدان میان سیال پلیمر با بار مثبت و یک صفحه تخت ایجاد میشود. محلول پلیمر به یک سرنگ شیشه ای که دارای یک نوک مویینه است ریخته میشود. در این سیستم یک الکترود درون محلول پلیمر قرار گرفته و الکترود دیگر به صفحه جمع کننده الیاف متصل میشود.
با افزایش ولتاژ، هنگامی که ولتاژ به یک مقدار بحرانی میرسد، شارژ مثبت موجود بر کشش سطحی پلیمر غالب میشود و پلیمر به صورت الیاف بسیار ظریف از سرنگ خارج شده و بر روی صفحه جمع کننده ایجاد یک شبکه از الیاف میکنند. هنگامی که این شبکه الیاف بر روی صفحه جمع کننده به صورت مسطح قرار گرفت، الیاف رفته رفته جامد میشود. عمل انجماد در پلیمرهای محلول با تبخیر حلال پلیمر و در پلیمرهای مذاب، با سرد شدن مذاب پلیمر صورت می پذیرد. شکل 7 مکانیزم تولید الیاف توسط روش الکترواسپینینگ را نشان میدهد .
مکانیزم تولید شبکه الیاف با استفاده از روش الکترو اسپینیگ :
به طور کلی با تغییر پارامترها میتوان لایه های نانوالیاف با پارامترهای متغیری از قبیل چگالی حفره ها، اندازه حفره ها، ضخامت لایه و … تولید نمود. شکل 8 نمایی از یک صفحه نانوالیاف تولید شده توسط این روش را نشان میدهد . این لایه پلیمری جهت تولید یک نانوفیلتر مناسب میباشد .

نقاط قوت و ضعف تکنولوژی تولید نانو فیلتر

با توجه به بررسی های صورت گرفته، روش الکترو اسپینینگ مهمترین روش در تولید نانو فیلتر ها می باشد. در این روش با استفاده از یک سیستم ریسندگی مذاب پلیمر های شبکه های الیاف در ابعاد نانو تولید می شوند. شبکه های تولید شده در این روش دارای حفرهایی در ابعاد نانو می باشند که با استفاده از آن امکان انجام عملیات فیلتراسیون ذرات در ابعاد نانو میسر می شود.
تکنولوژی تولید نانو فیلترها جدید می باشد و در بسیاری از مناطق به صورت تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرد و در برخی کشورها به صورت صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.با توجه به دلایل ذکر شده نقاط ضعف و قوت این روش تولید به طور کامل مشخص نشده است. اما بررسی ها نشانگر این موضوع می باشند که این روش یکی از موثرترین روشهای تولید نانو فیلتر ها می باشد.

وضعيت عرضه و تقاضا

با توجه به نياز روز افزون صنايع كشور به استفاده از اين تكنولوژي و كاربردهاي موثر اين گونه از فيلترها، نياز كشور به اين محصول در حال افزايش است. بهبود سيستمهاي فيلتراسيون و تصفيه موثر سيالات،ذ نيازمند استفاده از اين گونه از فيلتر ها را روز به روز بيشتر نمايان مي كند

وضعیت واحد های فعال تولید نانو فیلتر

در نمودار زیر تعداد و ظرفیت واحدهای تولید نانو فیلتر در کشور به تفکیک استان آمده است .

وضعیت واردات و صادرات نانو فیلتر

نمودار واردات و صادرات نانو فیلتر در کشور به تفکیک سال در شکل زیر آمده است.

خلاصه بررسی فنی، مالی و بازار طرح تولید نانو فیلتر

ظرفیت تولید سالیانه : 4500 کیلوگرم
نرخ برابری دلار : 16000 تومان
مساحت زمین موردنیاز : 2000 مترمربع
زیربنای کل : 1000 مترمربع
تعداد نیروی انسانی مورد نیاز : 30 نفر
میزان سرمایه گذاری ثابت : 2.8 میلیارد تومان
ارزش ماشين آلات و تجهيزات : 920 میلیون تومان
نرخ بازده داخلی : 34,5 درصد