پوشش های پلی الکترولیت

به عنوان یک جایگزین برای مواد فعال کننده‌ی سطحی، پوشش دهی کنترل شده‌ی nZVI با پلیمرهای با وزن ملکولی بالا ممکن است به عنوان یک فرایند غیر برگشت پذیر در نظر گرفته شود و بنابراین یک روش مناسب تر برای افزایش موبیلیته‌ی هیدرولیک nZVI در سیستم های زیرلایه ای است. همانند روش استفاده از مواد فعال کننده برای افزایش پایداری کلوییدی( ممانعت فضایی)، این پلیمرها به طور فیزیکی یا شیمیایی به سطح نانو ذرات می چسبند. یک مزیت دیگر این است که این پوشش های پلیمری ممکن است همچنین به عنوان مبع انرژی برای برانگیختن فعالیت میکروبی عمل کند. همچنین این روش ممکن است برای زدایش آلودگی ها در محیط های با کربن محدود، مورد استفاده قرار گیرد. پوشش های پلی الکترولیت زیادی مورد بررسی قرار گرفته اند. این مواد عبارتند از بوتیل متااکریلات، کربوکسی متیل سلولز، پلی ( 4 استیرن سولفونات)، پلی اکریلیک اسید، پلی آسپاریت، پلی اکسی اتیلن سوربیتان مونولاریت، پلی متیل متا اکریلات، پلی متیل اکریلیک اسید، پلی استیرن سولفونات، پلی وینیل الکل-وینیل استات ایتاکونیک، پلیمرهای تری بلوک، و صمغ گزانتین. در گستره‌ی وسیعی از شرایط موجود در آب های زیر زمینی، این نوع از پوشش ها دارای پایداری چند ماهه هستند.
دو ماده‌ی متداول مورد مطالعه کربوکسی متیل سلولز و صمغ گوار است. اولی از جنس سلولز و دومی از دانه های گوار بدست می آید. این دو ماده که قندهای چندتایی هستند، بسیار ارزان قیمت، غیر سمی، قابل حل در آب طبیعی و زیست تخریب پذیر هستند. در آب هر دو نمونه، غیر یونی و هیدروکلوییدی هستند و به طور طبیعی باردار می مانند و بوسیله‌ی میزان استحکام یونی یا پی اچ متداول در محیط( 5 تا 9) تحت تأثیر قرار نمی گیرد. این به نظر محتمل تر به نظر می رسد که سایر روش ها برای بهبود پایداری کلوییدی nZVI که در آینده به وجود خواهد آمد، بر پایه‌ی استخراج پلتوریا از بیوپلیمرهای ارزان قیمت موجود، بوجود خواهد آمد. و بدین وسیله قیمت تولید کاهش می یابد و همچنین تطابق بیشتری با محیط ایجاد می شود. بیوپلیمرهایی مانند آلگینات و نشاسته‌ی سیب زمینی هم اکنون مورد بررسی قرار گرفته اند و موفقیت آنها به اثبات رسیده است. اما کاندیداهای موفق تری ممکن است در آینده‌ی نزدیک تولید شوند.

بهبود موبیلیته‌ی nZVI برای میانجی گری دوباره‌ی مایعات غیر آبی

محققین در مرکز فضایی کندی( NASA) و دانشگاه فلوریداری مرکزی اخیرا یک روش جدید برای تصفیه‌ی مایعات غیر آبکی( NAPL) ابداع کرده اند که به آن nZVI ی امولسیون شده( E-nZVI) نامیده می شود. این روش یکی از تنها روش هایی است که به طور مؤثر برای تصفیه‌ی درجای مایعات غیر آبی دانس مورد استفاده قرار می گیرد. ر.وش E-nZVI شامل آگلومره شدن ذرات nZVI است که در قطرات اطراف ماده‌ی فعال کننده‌ی سطح و لایه‌ی روغن قرار گرفته اند( این حالت یک غشای روغن- مایع ایجاد می کند). غشاء هیدروفوب به DNAPL اجازه‌ی نفوذ می دهد. که در نتیجه‌ی آن این مواد به صورت کاهشی دی کلرینه می شوند( با استفاده از E-nZVIدر فاز مایع). غشاء محافظ همچنین به E-nZVI اجازه‌ی می دهد تا از میان زیرلایه عبور کند( به عنوان DNAPL). با این کار غشاء از خوردگی جلوگیری می کند. کپسوله شدن nZVI در یک غشای هیدروفوب همچنین ماده را از بوجود آمدن واکنش های ناخواسته با مواد موجود در آب های زیرزمینی مانند مواد آلی( که ممکن است ظرفیت فعالیت آن را کاهش دهد)، محافظت می کند. روش های دیگر شامل استفاده از پلیمرهای تری بلوک و یک سری مواد فعال کننده‌ی سطح و روغن های غیر قطبی تخریب پذیر است.

پوسته های محافظ و ساپورت های جامد

استفاده از پوسته های محافظ در اصل برای کاربردهای مغناطیسی( مانند حافظه های داده)، دارو رسانی، تصویر برداری پزشکی و خالص سازی پروتئین طراحی شده است. این پوشش ها همچنین برای بهبود موبیلیته‌ی هیدرولیک و افزایش طول عمر nZVI ها کاربرد دارد. پوشش های مورد بررسی قرار گرفته عبارتند از سیلیس، پلیمرها و کربن. این پوشش ها دارای خاصیت بهبود دهندگی هستند و پایداری بیشتری نسبت به پوشش های پلی الکترولیتی ایجاد می کند. به دلیل پایداری بالای آن در اسید و باز و قابلیت زیست سازگار پذیری، استفاده از کربن ترجیح داده می شود.
استفاده از ساپورت های جامد نیز مورد بررسی قرار گرفته است. روشی بوسیله‌ی محققین در مرکز تحقیقات محیط زیستHelmholtz ابداع شده است که در آن نانوذرات آهن را با کربن ترکیب نموده و پلاکت های کربو آهنی تولید می کنند که دارای قطری بین 50 تا 200 نانومتر هستند. ویژگی های جاذب های NAPL ترکیبی در آهن فعال با ظرفیت کاهش آهن صفر ظرفیتی اثبات شده است، در حالی که این مواد دارای ویژگی موبیلیته‌ی هیدرولیک قابل مقایسه با پوشش های فعال سطحی و پوشش های پلی الکترولیتی هستند.

بهبود فعالیت: نانوذرات دو فلزی

یک روش مناسب برای افزایش فعالیت شیمیایی nZVI استفاده از فلزات گران بهاست( مانند Pd، Pt، Ag، Ni، Cu و ... ) است. در سال های اخیر مطالعات عملی گسترده ای بر روی nZVI های دو فلزی برای کاربردهای جدایش آلودگی، انجام شده است( مثلا استفاده از Fe/Ni، Fe/Pt، Fe/Ag و Fe/ Pd). در این زوج های الکتروشیمیایی، آهن با ظرفیت صفر به عنوان آند در نظر گرفته می شود و در طی فرایند اکسید شدن، با تشکیل یک پیل گالوانیک، از خوردگی جلوگیری می شود. آزمایشات نتایج مختلفی از خود نشان می دهد( بسته به کارایی نتایج تغییر می کند). کاهش شیمیایی آلودگی های جذب شده در سطح nZVI ی دو فلزی از طریق انتقال مستقیم الکترون با فلز گران بها یا از طریق واکنش با هیدروژن تولید شده بوسیله‌ی اکسیداسیون آهن، کاهش می یابند. هیدروژن به احتمال زیاد به عنوان گاز حل شده وجود دارد. برخی از این گازها در سطح ذره جذب می شوند( به احتمال زیاد یک مقدار هیدرید فلزی فعال در معرض فلز گران بها وجود دارد.
برای تمیز نمودن آلودگی های آلی کلر دار مانند TCE یا PCP، این مشاهده شده است که هیدوژن محرک غالب برای تخریب است. در واقع این تخریب با شکستن پیوندهای c-cl و مبادله‌ی خود برای کلر، بوجود می آید. برای nZVI های فلزی، یک توالی برتر از کاتالیست ها دی کلرواتیلن و وینیل کلرید هستند که بوسیله‌ی TCE شکسته می شوند. همچنین هیدروژنی شدن سریع در سطح ذرات مشاهده شده است. این مسأله به عنوان محدودیت nZVI های تک فلزی به شمار می رود. این مسئله به این دلیل اتفاق می افتد که کاهش مستقیم آب بوسیله‌ی Fe بسیار آرام تر رخ می دهد بدون آنکه یک اثر گالوانیک بوجود آید و در نتیجه هیدژنولیز گونه های آلودگی محدود شود.

آیا دوفلزی ها نسبت به تک فلزی ها دارای مزیت هستند؟

در آمریکا، تقریبا 40% از تمام پروژه هایی که بر روی nZVI کار می کنند، از nZVI ی دو فلزی استفاده می کنند( تقریبا 50% استفاده ها، از نوع nZVI ی استاندارد است)؛ در حالی که در اروپا در هیچ یک از زمینه های کاربردی از ذرات دوفلزی استفاده نمی شود. برای توسعه‌ی تجاری nZVI های دو فلزی دو حقیقت اجتناب ناپذیر وجود دارد:
این مواد تنها وقتی نسبت به nZVI های تک فلزی دارای برتری هستند که هم دارای کارایی بهبود داده شده باشند و هم قیمت آنها با nZVI های تک فلزی قابل رقبت باشد.
هنوز هم دغدغه هایی در مورد سمیت برخی از فلزات گران بها وجود دارد. برای مثال Ni بوسیله‌ی اداره‌ی محیط زیست انگلستان به عنوان یک فلز سمی معرفی شده است.
در سیستم های nZVI ی دو فلزی، بازده واکنش کاتدی برای تعیین سرعت خوردگی ذرات در نظرگرفته می شود. اگر این سرعت بسیار بالا باشد، واکنش کاتدی نیز بالا خواهد بود اما طول عمر مفید آن کم خواهد بود. در نتیجه این پیشنهاد شده است که nZVI های دوفلزی عموما برای کاربردهای میانجی گری مجدد مناسب ترند( در این کاربردها زمان مهاجرت کوتاه برای آرایش گرفتن آلودگی ها مورد نیاز است). این از مقالات فهمیده می شود که فعالیت nZVI ی دو فلزی به تعدادی از فاکتورها مانند اندازه‌ی ذرات، شیمی فیزیک، و انتخاب مقدار فلز گران بها بستگی دارد. برخی مطالعات مقادیر بهینه‌ی مربوط به این فاکتورها را تعیین کردند. در حالی که سایر مطالعات مقادیر چند برابر را برای مقدار بهینه در نظر گرفته اند. یک نیاز منتج شده برای شناسایی اصول و مقادیر کمی فعالیت مواد nZVI ی دو فلزی وجود دارد.

تصفیه‌ی گرمایی

اخیرا تلاش هایی برای بهبود ساختار فیزیکوشیمیایی nZVI ها بدون استفاده از آلیاژسازی و یا دوپ کردن مواد دیگر در آنها، انجام شده است( آلیاژسازی و دوپ کردن این مواد دارای بدی هایی است). در این تلاش ها از تصفیه‌ی گرمایی در خلأ استفاده شده است.
این تأیید شده است که یک طیف وسیعی از روش های سنتز nZVI ها شامل روش های بسیار متداول( مانند روش کاهش بروهیدراتی آهن(II)) باعث تشکیل عیوب در داخل ساختار شبکه ای می شود( هم در فلز بالک و هم در اکسید فلز). این وجود عیوب به طور قابل ملاحظه ای بر روی فعالیت ذرات اثر می گذارد. به عنوان یک نتیجه باید گفت که تصفیه‌ی حرارتی( یا آنیلینگ) یک فرایند متداول است که در متالورژی از آن استفاده می شود و بوسیله‌ی آن استرس های داخلی آزاد می گردد، ساختار دانه ریز می شود و شرایط تعادل در داخل یک فلز ایجاد می شود. این روش یک روش مناسب جهت بهبود ترکیب فیزیکوشیمیایی nZVI ها در نظر گرفته می شود.
با آنیلینگ تحت خلأ nZVI ها در دمای 500 و در فشار کمتر از بار به مدت 24h، اثرات فیزیکوشیمیایی بسیار خوبی بر روی ساختار nZVI ایجاد می شود. این تغییرات شامل یک کاهش در مساحت سطح به میزان بیش از 75%( از 19.0 به 4.8 ) است که به پیوند دهی نفوذی ذرات مجزا بستگی دارد ولی این تغییر موجب بهبود در ساختار فیزیکی و شیمی سطح می شود. این بهبودها درساختار فیزیکی و شیمی سطح عبارتند از:

آرایش مجدد و ری کریستالیزاسیون هسته های فلزی

کاهش زخامت به طور همزمان، آب زدایی و ریز شدن استوکیومتری اکسید سطحی

مهاجرت ناخالصی ها به سمت سطح ذرات و مرزدانه ها

یک مطالعه‌ی کامل بر روی nZVI های آنیل شده و آنیل نشده با هدف بررسی ویژگی های زدایش آلودگی، نشان داد که آنیل تحت خلأ nZVI ها باعث می گردد تا نتایجی بهتر و یا نتایجی در حد نتایج حاصل از استفاده از nZVI های آنیل نشده پدید آید. با در نظر گرفتن کاهش مساحت سطحی، آنیلینگ یاعث افزایش فعالیت ذرات می شوند و باعث تشکیل یک شبکه‌ی الکتریکی مؤثر در داخل ساختارهای nZVI ی آنیل شده می شود. این مسئله به دلیل افزایش نسبی آهن(II) به آهن(III) در داخل اکسید سطحی بوجود می آید و همچنین ظرافت لایه های مغناطیسی یکنواخت مگنتیت( )نیز افزایش می یابد.
مگنتیت دارای ساختار اسپینل معکوس است که در آن آهن(II) و آهن( III) در موقعیت های اکتاهدرال قرار دارند و همچنین ارتباط الکتریکی مناسب میان این سایت ها وجود دارد. در نتیجه مگنتیت یک نیمه رسانای قوی است. و وقتی به صورت فیلم بر روی آهن صفر ظرفیتی قرار می گیرد، احتمالا یک سطح کاتالیستی ایجاد می کند که انتقال الکترون از فلز به اکسید را تسهیل می کند. در nZVIهای اصلاح نشده، مگنتیت سطحی دارای عیوب بوده و کریستالینیتی آن کم است و ممکن است در آن سایر فازهای اکسیدی غیر رسانا نیز وجود داشته باشد. در نتیجه رفتار کاتالیستی اکسید سطحی محدود می گردد و در مراحل اولیه‌ی فعالیت در آب( که خوردگی الکتروشیمیایی به طور مستقیم وجود دارد) آهن صفر ظرفیتی حل می شود تا جایی که یک لایه‌ی اکسیدی یکنواخت تشکیل شود. از لحاظ مقایسه ای، مگنتیتی که بر روی nZVI های آنیل شده حضور دارد، پوششی یکنواخت بوده و دارای استوکیومتری معین و رسانایی الکتریکی خوبی است به نحوی که رفتار رسانایی به طور زیادی بهبود پیدا کرده و از تماس مستقیم آهن صفر ظرفیتی با آب جلوگیری می شود(شکل 1).
در نتیجه هم فعالیت ذره بهبود می یابد و هم سرعت خوردگی اولیه محدود می شود. نتایج همچنین نشان داد که آلودگی هایی مانند اورانیوم برای دوره‌ی زمانی طولانی بر روی nZVI های آنیل شده، باقی می ماند؛ شاید این مسئله نشاندهنده‌ی این است که در مراحل اولیه‌ی واکنش، یک بخش بزرگتر از اورانیوم( VI) بوسیله‌ی اکسید اورانیوم(IV) پوشش داده می شود. این کار از طریق رسوب دهی کاهشی کاتالیست شده بوجود می آید.

استراتژی تزریق NZVI

از لحاط مفهومی با تزریق نانوذرات در هر نقطه و عمق یک سیستم آب زیر زمینی، روش مورد استفاده و توزیع و کیفیت ترزیق به طورنمونه وار به ژئولوژی و ژئوشیمی مکان آلودگی بستگی دارد. جز این است که تنها عمق تزریق کافی است تا هزینه های توسعه‌ی پروژه را بالا ببرد علت این موضوع این است که با افزایش عمق فشار تزریق باید زیاد تر گردد. غیرهموژن بودن زیرلایه مانند وجود لایه های بسیار سخت، قوه سنگ ها، حفرات و بافت ها و ویژگی های سطحی مانند سنگ های منفرد، رودخانه ها، ساختمان ها، و گذرگاه ها ممکن است بر روی مکان های تزریق پیشنهاد شده، اثر بگذارد. به هر حال بیشتر کمپانی های موجود در بازار به طور نمونه وار از روش های تزریق تهاجمی استفاده می کنند که در آن اغلبا با استفاده از شکستن پنیوماتیک یا هیدرولیک محیط، حرکت nZVI ها در داخل سوراخ های خاک تسهیل می گردد.
برای ایجاد یک ارزیابی مؤثر مکانی، تمام ناهمگونی های ژئولوژیکی باید با استفاده از مدلی تعیین گردد که تمام پارامترهای هیدرولیک و شیمیایی را در نظر گرفته است. زمانی این مسأله حاصل می شود که مهندس زمین شناس به طور تئوری و یا عملی تعیین کند که nZVI ها مناسبند و اگر چنین شود:
مقایسه‌ی nZVI ها امکان پذیر می شود.
توسعه‌ی این استراتژی قابل انجام خواهد شد
پس یک آزمون پایلوت در یک ناحیه‌ی کوچک از سایت انجام می شود تا هر چالش پیش بینی نشده ای که با این پروژه در ارتباط است، تعیین شود. داده ها و شواهد می تواند سپس تطبیق داده شوند تا بدین صورت یک استراتژی زدایش مناسب حاصل شود که شامل مقایسه، مقدار و غلظت مخلوط های nZVI ، وسایل تزریق، محل، عمق، منشأ، فشار، سرعت جریان و زمان انجام کار می باشد. سایر فاکتورهای لوجستیک دیگر که باید درنظر گرفته شوند، عبارتند از: ایمنی نیروی کار، پتانسیل آزاد سازی تصادفی nZVI ها، اثر این پروژه برروی گیاهان و جانوران و استراتژی مانیتورینگ و تصفیه‌ی تکراری.
همانگونه که بوسیله‌ی Trantnyek و Johnson پیشنهاد شده است، روش تزریق nZVI می تواند برای تصفیه‌ی آلودگی های ساکن و متحرک استفاده شود(شکل 2).
برای تصفیه‌ی آلودگی های متحرک، nZVI های با موبیلیته‌ی کم برای ایجاد یک نقطه‌ی تصفیه‌ی فعال پیشنهاد می شود. این نانوذرات به طور مداوم تزریق می شوند و جذب سفره‌ی آب می شود و یک فیلتر فیزیکوشیمیایی تشکیل می دهد. برای تصفیه‌ی آلودگی های استاتیک که مایعات با فاز غیر آبی نامیده می شوند، نانوذرات nZVI ی متحرک انتخاب می شود و به بخش بالا دست سفره‌ی آب تزریق می گردد. در حالی که از لحاظ تئوری این مسئله بسیار راحت است اما هر دو روش نیازمند کنترل دقیق شرایط وسرعت خوردگی nZVI است. در مقایسه با تکنولوژی های فعال و نفوذی، اطلاعات اندکی در مورد اثر مسدود شدن حفرات( ناشی از حضور فیزیکی nZVI ها و محصولات خوردگی با حجم بالا) وجود دارد. برای مثال فروهیدرید 600 % بزرگتراز جرم آهن است. در رویدادهای معین، این مسئله دارای مزیت هایی است. به هر حال اگر این کار به درستی انجام شود، آلودگی ها می توانند سهوا به داخل محل متفاوت جهت دهی شود. این مسئله فاکتوری مهم است و دارای چشم انداز مهمی در مقالات است.
همانگونه که در بخش قبل اشاره شد، نوع و غلظت مواد تشکیل دهنده‌ی زمین و سفره‌ی آب زیر زمینی( همراه با ناخالصی)، سدی بزرگ در برابر مکانیزم توسعه‌ی nZVI هاست. همچنین حضور دهنده های الکترونی، مخصوصا در محل سفره های آب زیرزمینی رسوبات یخ زده حاصله از سنگ های بستر هستند، می تواند باعث کلوخه ای شدن nZVI ها و در نتیجه ژله ای شدن مواد و بسته شدن منفذ ها می گردد. در نتیجه علاوه بر روش های استاندارد مانیتورینگ مکان، تعیین توزیع فیزیکی و شیمیایی nZVI در ماده، می تواند به طور مناسب توصیف شود تا بدین وسیله فید بک های مستقیم برای ارزیابی سیستم مهیا گردد. در حال حاضر، هیچ وسیله‌ی قابل حملی تولید نشده است که بتوان از آن برای تشخیص درجای نانوذرات استفاده نمود. به هر حال اندازه گیری پتانسیل اکسایش و کاهش آب زیر زمینی یک پارامتر کاربردی برای تعیین nZVI هاست.

سمیت محیط زیستی nZVI

نانوذرات در بسیاری از محصولاتی که ما هرروزه آنها را استفاده می کنیم، حضور دارند. این مواد به طورمخفیانه وارد محیط زیست می شوند و هر روزه نیز به مقدار آنها اضافه می شود. اگرچه توازن جرمی کنونی برای نانوذرات در سیستم های محیطی هم اکنون تعریف نشده است، این امکان پذیر است که با افزایش این مواد درمحیط زیست، مقادیر انبوهی از نانوذرات آنتروپاتوژنیک بتوانند راه خود را به منابع خاک، اتمسفر و سیستم های گیاهی و آبزیان باز کنند.
در این ارتباط، جنبه‌ی عمدی تزریق نانوذرات مهندسی شده به داخل سیستم های آب، ولواینکه به عنوان یک عامل درمانی کار کند، دارای مسائل و دغدغه هایی است که هم در سطح دانشگاه و هم صنعت وجود دارد. ویژگی های یکسانی که باعث می گردد nzVI ها به طور بالقوه برای پالایش محیط زیست مفید باشند( مخصوصا کوچکی و فعالیت اکسایش کاهشی آنها نیز باعث می شود تا برای محیط زیست مضر باشند. امروزه یک تعداد محدود از مطالعات سمیت سلول های مختلف را در مواجهه با این مواد گزارش می دهد.
Keenan و همکاران نشان داده اند که nZVI می تواند به سرعت با اکسیژن واکنش داده و باعث گردد سلول های جگر بمیرند، درحالی که Pisanic و همکارانش مشاهده کردند که آسیب ها و رشد در سلول های اعصابی که در مواجهه با nZVI ها قرار می گیرند، محدود می گردد. مکانیزم اولیه برای آسیب سلولی به واکنش های اکسایش کاهشی مربوط می شود که به nZVI وابسته است؛ که در این زمان سیکل های کاهشی و تولید اکسیژن فعال( ROS) که ازآهن کاهش یافته در داخل یک سلول حاصل می شود، باعث آسیب دیدن ساختار داخلی DNAی سلول می شود. این نتایج همچنین پیشنهاد می کند که اکسید های آهن یا هیدروکسیدهای آن بوسیله‌ی خوردگی nZVI ها ایجاد می شوند، ریسک کمتری را ایجاد میکند زیرا سمیت ذاتی نانودرآنها کاهش یافته و با اکسید شدن حجم آنها افزایش می یابد و ازنانوبه ابعاد میکرو وارد می شوند و بدین وسیله به طور زیادی خطرات آنها را کاهش می دهد.
یک مطالعه که بوسیله‌ی Pisanicانجام شده است، نشا ن می دهد که NZVI های با پوشش های پایدارکننده مانند اسید پلی اکریلیک ، آسیب های زیادتری ایجاد میکنند زیرا ذرات در دوره ای طولانی ترو بدون آسیب دیدن رها سازی می شوند. شکل و اندازه‌ی ذرات نیز بر روی سمیت این نانوذرات اثر دارند. و هر چه اندازه کاهش می یابد بر میزان سمیت افزوده می شود.
تاکنون تست های درجای آزمایشگاهی نشان داده است که سمیت nZVI ها برروی کشت سلول های ایزوله شده و ارگانیزم های مورد آزمایش به طور آنی اثر می گذارند؛ اما تحقیقات انجام شده بر روی نمونه های طبیعی دارای محدودیت های بیشتری هستند. این ممکن است اثبات گردد که نانوذراتی که در محیط های طبیعی وجود دارند، سمیت کمتری نسبت به گونه هایی که در آزمایشات مورد استفاده قرار می گیرند، دارند. برای مثال در یک مطالعه که بوسیله‌ی Tong و همکارانش انجام شده است، نشان می دهد که فلرن که به صورت آزمایشگاهی میکروب ها را تخریب می کند، اثرات تخریبی قابل توجهی به کشت های میکروبی موجود در خاک وارد نمی کند( حتی پس از 30 روز در تماس بودن).

nZVI در زدایش طبیعی

صرفه نظر از کارایی nZVI ها برای زدایش آلودگی از محیط زیست، مکان های آلوده به زدایش بیولوژیکی وابسته اند. زدایش بیولوژیکی یک فرایند همزمان و تأخری است و برای جلوگیری از آزاد سازی آلودگی های فلزی و متالوییدی استفاده می شود. واکنش های میکروبی موجود درمحیط که با مشارکت آهن انجام می شود، هم واکنش های کمک کننده و هم واکنش های کاهنده‌ی زدایش آلودگی است. برای مثال میکروارگانیزم های کاهنده‌ی آهن(III) می توانند گستره‌ی وسیعی از فلزات با با ظرفیت بالا را کاهش و رسوب دهند. این کار با آزاد شدن مستقیم آنزیم های کاهنده رخ می دهد اما این نیز نشان داده شده است که گستره‌ی وسیعی از فلزات ناچیز به فازهای آهن( III) پیوند می دهند.
مطالعات ابتدایی با استفاده از nZVI ها نشان می دهد که نتایج ترکیبی به انتخاب پارامترهای ترکیبی بستگی دارد. به هر حال بیشتر مطالعاتی که از نمونه های واقعی در غلظت های بسیار کم نانوذرات استفاده می کنند، دارای اثرات حداقلی بر روی عملکرد میکروارگانیزمها، گیاهان و خاک دارند. در حالی که شرایط کاهش شیمیایی که با کاربرد nZVI ها همراه است، با شرایط توسعه و رشد غیر هوازی باکتری ها قابل مقایسه است، قابلیت میکروارگانیزم ها برای زنده ماندن در شرایط کاهشی بسیار قوی نیازمند بررسی های مجدد می باشد. علاوه بر این اثبات شده است که شرایط کاهشی متوسط برای برخی از میکروب های غیر هوازی مانند methanogens هم جوابگوست؛ اما تحقیقات دیگری برای تعیین روش های متابولیکی درگیر در این شرایط مورد نیاز است.
همانگونه که در بخش قبل توضیح داده شد، پتانسیل آزاد سازی فلز و یا آلودگی های فلزی بوجود آمده بعد از یک دوره‌ی زدایش آلودگی، موضوعی است که ممکن است توسعه‌ی این تکنولوژی را با چالش مواجه کند. همچنین نیازاساسی برای تعیین طبیعت بازگشت پذیری یک چنین واکنش های شیمیایی و یا رویه های بیولوژیکی وجود دارد تا بوسیله‌ی آنها ترکیب های فیزیکوشیمیایی مناسب nZVIهای مناسب تعیین گردد.

قوانین انگلستان

استفاده از nZVI برای کاربردهای محیط زیستی در جا در بسیاری از کشورها حالتی قانونی پیدا کرده است. مثلا در آمریکا، کانادا، چکوسلواکی، آلمان، ایتالیا، اسلواکی و ... . سایر کشورها مانند انگلستان هنوز هم یک چارچوب قانونی برای استفاده از این مواد در کاربردهای تجاری دارند. از آنجایی که آکادمی و جامعه‌ی سلطنتی مهندسی علم نانو و نانوتکنولوژی در سال 2004 فرصت ها و ابهامات این علم را گزارش داده است، این آکادمی از این مسئله دفاع می کند که یک روش ایمنی برای ورود به نانوذرات مهندسی شده به محیط زیست باید تدوین گردد تا بدین وسیله اثرات محیط زیستی این مواد در نظرگرفته شود. این توصیه ها باید برای تمام انواع نانومواد عمومیت داشته باشد و همچنین باید با توجه به اطلاعات مناسب در زمینه‌ی سمیت و اثرات محیط زیستی nZVIها ، تدوین گردد. در نتیجه درسال 2010 در دانشکده‌ی محیط زیست، غذا و امور کشاورزی انگلستان یک کمیسیون در زمینه‌ی تعیین رویه‌ی مزیتی/ ریسکی استفاده از نانوذرات آهن به منظور تصفیه‌ی مکان های آلوده‌ی محیط زیستی ایجاد شده است. این ارگان انتخاب گردید تا رهبری مطالعات را بر عهده بگیرد. پیش بینی می شود که گزارش این سازمان دراواخر 2011 منتشر شود و به عنوان شالوده ای علمی برای این تکنولوژی و همچنین یادگیری اصول رفتار nZVI ها در سیستم های محیطی در آید. به عنوان بخشی از این کار، پیش بینی دقیق موبیلیته‌ی nZVI ها، میزان فعالیت آنها، اثرات اکولوژیکی آنها بسیارمهم می باشد. تحقیقات دیگری باید انجام شود تا این نواحی را پوشش دهد و شواهدی برای اتخاذ تصمیم ایجاد کند.

آزمون جهانی میزان فعالیت nZVI ها

به دلیل پیچیدگی ذاتی بکارگیری ORP در تعیین میزان فعالیت nZVI ها، یک روش جایگزین می تواند استفاده از اندازه گیری میزان گاز هیدروژن تولیدی باشد. این گاز از هیدرولیز آب در طی خوردگی ماده در محلول آبی بوجود می آید. این روش با در نظر گرفتن مقدار nZVI با حجم مایع در حال واکنش دریک ظرف درپوش دار انجام می شود. برای فعالیت nZVI با آب دی یونیزه، یک مول هیدروژن از یک اکی والان مول آهن صفر ظرفیتی تولید می شود. بنابراین مقدار هیدروژن تولیدی به طور مستقیم با مقدار آهن مصرفی در ارتباط است. همچنین این باید مد نظر قرار گیرد که:
میزان فعالیت ماده با ایجاد لایه‌ی اکسیدی یا تشکیل گازهیدروژن برروی سطح کم می شود
مقداری از گازهای موجود در گازتولید را ناخالصی ها تشکیل می دهد مثلا گاز دی اکسید کربن.
به دلیل اینکه جرم و دانسیته‌ی حجمی هیدروژن در آهن صفر ظرفیتی به ترتیب برابر 0.036g/g و0.284g/cm3 است، این روش می تواند با استفاده از مقادیرکوچک و نسبی پودر nZVI و وسایل اندازه گیری بهینه مورد استفاده قرار گیرد. برای اندازه گیری مقدار nZVI موجود در یک دوغاب، شرکت نانوآیرون یک محصول تجاری با نام آزمونگر nZVI به بازار عرضه کرده است.

یک شبکه‌ی تست جهانی برای nZVI

به دلیل وجود انواع مختلف مواد nZVI موجود برای استفاده در میانجی گری مجدد مکانی، امکان گیج شده هر مهندس متخصص در زمینه‌ی زمین و محیط زیست وجود دارد. علاوه براین به دلیل طبیعت واکنش پذیر این مواد، این مواد به زودی فاسد می شوند یعنی تضمین فعالیت پذیری آنها بعد از تولید وجود ندارد (حتی تحت انبارداری های بسیار کنترل شده). بنابراین این مسئله موجب می شود تا یک حس جهانی در زمینه‌ی ایجاد یک رویه‌ی تست جهانی بوجود آمده است. بنابراین مواد مختلفی که بر اساس nZVI ها تولید می شوند، ممکن است با هم اختلاف داشته باشند و یا از هم متفاوت باشند. یک چنین پارامترهایی برای استفاده در بخش دانشگاهی ویژه و خاص هستند تا بدین وسیله اطمینان حاصل گردد که اجرای بررسی ها در زمینه‌ی NZVI ها به طور مستقیم قابل مقایسه است و در بخش تجاری نیز وجود این پارامترها این اطمینان را ایجاد می کند که میزان انجام کنترل کیفیت در این بخش چه مقدار است.

پارامترهای آزمون استاندارد

علاوه بر اطلاعات ایمنی در بوسیله‌ی فروشندگان nZVI ها فراهم می شود، توصیه می گردد تا حداقل اطلاعاتی دیگر نیز بر روی محصولات تولیدی از nZVI ها آورده شده باشد. این اطلاعات عبارتند از: زمان تولید، شرایط انبارداری، ترکیب شیمیایی بالک و سطحی، ضخامت اکسیدی، توزیع اندازه‌ی ذره، مساحت ویژه، پتانسیل زتا، و نقطه‌ی ایزوالکتریک می باشند. داده های آزمون باید همچنین شامل میزان فعالیت و موبیلیته نیز باشند. مورد آخری می تواند شامل داده هایی در مورد پی اچ مناسب در شرایط استفاده به عنوان تابعی از زمان برای یک حجم معین از آب دی یونیزه، باشد. همچنین وجود اطلاعاتی درمورد گونه های شناساگر مناسب مانند متیل آبی نیز یکی دیگر از اطلاعات مهم می باشد. شناساگرها می توانند از جنس کویل های مغناطیسی و .... باشند. همچنین می توان از عبور یک باریکه‌ی نور برای شناسایی ویژگی های آنها استفاده نمود.
تدوین یک گروه از داده های کاربردی برای ماده می تواند به طور باور نکردنی بر روی توسعه‌ی این مواد در آیند اثر گذار باشد. و بتواند رفتار و اثرات nZVI ها بر روی محیط زیست را تعیین کند.

نتیجه گیری

نانوتکنولوژی یکی از بخش هایی با رشد بسیار بالا در دنیای اقتصاد میباشد. هم اکنون بیش از هزاران کالا در دنیا وجود دارد که از نانومواد استفاده می کنند. هم اکنون شواهد زیادی وجود دارد که طی آن می توان از nZVI برای تصفیه‌ی آب ها و خاک آلوده استفاده نمود. این ماده هم فعالیت مناسبی دارد و هم دارای فراوانی مناسبی است. در سال های اخیر ابداعات زیادی در زمینه‌ی تکنیک های تولید، تبیین عملکرد و افزایش پایدار ی و موبیلیته‌ی این ماده بوجود آمده است. به هر حال رقابت پذیری این ماده در برابر سایر روش های درجای تصفیه‌ی آب مانند اکسیداسیون شیمیایی هنوز جای بحث و گفت و گو دارد. تنوع شیمیایی گسترده‌ی nZVIهای مختلف باعث شده تا طیف گسترده ای از اطلاعات گیج کننده در مقالات وجود داشته باشد. در نتیجه برای اینکه مواد nZVI ی مختلف را بتوان از هم تشخیص داد، یک شبکه‌ی جهانی آزمون عملی مورد نیاز است که در این باره گزارش آورده شده است.
مقاله‌ی مروری کنونی همچنین این مسئله را نشان داده است که درحالی که بیشتر تمرکز بر روی روش بالا بردن فعالیت ذرات قرار دارد (روش های ترکیبی دو فلزی و روش تصفیه‌ی حرارتی)، توجه بسیار کمی بر روی کاهش هزینه های تولید یا اثرات اکولوژی استفاده از این مواد انجام شده است.
مقبولیت جهانی nZVI ها به عنوان یک تکنولوژی زدایشی ممکن استبو خوبی ایجاد شده باشد، اما این مسئله تا زمانی آگاهی درستی از رفتار، واکنش ها، و اثرات فراهم نیامده است، کامل نیست. تحقیقات دیگری باید انجام شود تا موبیلیته‌ی nZVI ها، واکنش پذیری، اثرات درازمدت و اکولوژیکی این مواد تعیین گردد.یک چنین شواهدی با ترکیب شدن با روش های کاهش دهنده‌ی قیمت تولید این مواد، برای موفقیت این روش در تصفیه‌ی آب اثر فراوانی دارند.