Plastik ambalajların yaygın kullanımı olumsuz bir çevresel etkiye sahiptir. Çevre dostu ambalaj üretmek için kullanılan biyopolimerler, düşük nem bariyeri ve zayıf mekanik özellikleri gibi birçok dezavantaja sahip olan doğal polimerlerdir. Nanoparçacıkların biyopolimerlere ilavesiyle, daha iyi mekanik ve bariyer özellikleri olan malzemeler hazırlanır ve tamamen biyolojik olarak parçalanabilen, çevre dostu bir kompozit malzeme [Rogozea ve ark., 2016]. Sürdürülebilir ürünler olarak kullanılan nanoparçacıklar Tablo 4.5.1’de özetlenmiştir [Qu ve ark., 2013].
Tablo 4.5.1 Sürdürülebilir ürünlerde nanoparçacıkların Kullanımı [Qu ve ark.,
2013]
Uygulamalar Kullanılan
nanoparçacıklar Nanomateryalin özellikleri
Adsorpsiyon Karbon nanotüp Metal oksitler Çekirdek kabuk yapısında nanofiberler
Yüksek yüzey alanı Yüksek yüzey alanı Seçimli adsorpsiyon yapabilme
Membranlar
Nano zeolitler Nano Ag Karbon nanotüp
Moleküler elek, su tutma kapasitesi Kuvvetli antimikrobiyal
aktivitesi
~ 197 ~
Aquaporin
Nano TiO2
Nano magnetit
gözenekli, yüksek mekanik ve kimyasal kararlılık
Yüksek seçimlilik
Fotokatalitik etkisi, yüksek kimyasal kararlılık Süper paramagnetiklik Fotokataliz Nano TiO2 Fulleren türevleri UV ve görünür ışına forokatalitik aktivite gösterme, yüksek
kararlılık
Güneş ışınlarına fotokatalitik aktive gösterme, yüksek
kararlılık Dezenfeksiyon ve mikrobiyal kontrol Nano Ag Karbon nanotüp Nano TiO2 Günlü ve geniş spektrumlu antimikrobiyal aktivite, kolay
kullanım, düşük toksite Antimikrobiyal aktivite, fiber
şeklinde, iletken Fotokatalitik etkisi, yüksek kimyasal kararlılık, toksite ve
maliyet azlığı Hassaslık ve izleme Kuantum noktalar Soy metal nanoparçacıklar Boya eklenmiş silika nanoparçacıklar
Parçacık boyutu ve kimyasal bileşimine bağlı olarak kararlı
emisyonu
Yüksek iletkenlik, kararlı yüzey modifikasyonu
Yüksek hassaslık ve kararlılık
Yüksek yüzey alanı, yüksek mekanik ve kimyasal kararlılık
~ 198 ~
Karbon nanotüpler
Magnetik nanoparçacıklar
Modifiye edilebilir yüzey kimyası, süperparamagnetiklik
4.5.2 Tehlikeli Maddelerle Kirlenmiş Materyallerin
İyileştirilmesi
Düşük-maliyetli iyileştirme teknikleri çevreyi koruyan yeterli iyileştirme metotlarının geliştirilmesinde büyük bir zorluğa sahiptir. Toprak, sediment ve yeraltı suyunun iyileştirilmesinde önemle ilgilenilen maddeler ağır metaller (civa, kurşun, kadmiyum, vb.) ve organik bileşiklerdir (benzen, klorlu çözücüler, kreozot, tolüen, vb.). Moleküler seviyede maddelerin kontrol ve tasarımı, kirleticilerin artan eğilimini, kapasitesini ve seçiciliğini bildirmektedir. Su ve havaya tehlikeli atıkların miktarlarının ve maruz bırakılmasının azaltılması çevre koruma ajanlarının hedefleri arasındadır. Bu anlamda nanoteknoloji kirliliğin önlenmesinde çok önemli bir rol oynamaktadır.
Nanoteknolojinin birçok çevresel uygulaması arasında, kirletilmiş yeraltı suyunun nanotaneciklerle iyileştirilmesi, hızla gelişmekte olan teknolojinin önemli faydalarıyla öne çıkan örneklerinden bir tanesidir. Dolayısıyla nanoteknolojinin asıl çevre uygulaması su sektörüyle ilgilidir. Özellikle taze su kaynaklarının aşırı tüketim ve kirlilikten dolayı giderek azalması, deniz suyunun içme suyu kaynağı olarak ele alınması düşüncesini ortaya çıkarmıştır. Dünyadaki birçok su kaynağı insan tüketimi için çok fazla tuz içerdiğinden tuzun sulardan uzaklaştırılmasında kullanılan tuz giderme işlemi oldukça pahalı olduğundan karbon nanotüp membranlarla bu maliyet kısmen azaltılabilmektedir. Benzer şekilde nanofiltreler de kimyasallar ve tehlikeli maddelerle kontamine olmuş yeraltı veya yüzey sularını iyileştirmek veya temizlemek için kullanılabilmektedir. Su yoluyla geçen kirliliklerin tespitinde nanosensörler de geliştirilebilmektedir.
Su arıtımında fotokatalizör olarak TiO2 nanotaneciği ve uygulaması birçok
araştırmacının son yıllarda odaklandığı konu olmuştur. Işıkla aktive olan büyük bant aralığı yarıiletkenleri titanyum dioksit (TiO2) ve çinko oksit (ZnO) gibi
~ 199 ~
dolayı sıklıkla kullanılmıştır. Bu nanotanecikler, kolayca bulunabilme, pahalı olmama ve düşük toksisiteye sahip olma gibi avantajlara sahiptir. TiO2’in
yarıiletken özelliği, farklı organik kirleticilerin, kendi bant aralığından daha büyük bir ışık enerjisiyle TiO2’in uyarılmasıyla uzaklaştırılması için gereklidir.
Yarıiletken/çözelti arayüzeyinde farklı indirgenme proseslerinde bu özellik kullanılabilmektedir. Bu nanotaneciklerle nitrobenzen, fenol, 4-klorofenol, paration, tolüen, benzen gibi kirleticilerle birlikte metil oranj, rodamin B, bazik boya gibi boyalar da etkin şekilde uzaklaştırılabilmiştir.
Sıfır değerlikli demir nanotanecikler ağır metallerin (Cr(VI) ve Pb(II)) ve nükleotitlerin indirgenmesi ve immobilizasyonunda etkin kullanımı ile gündeme gelmektedir. Özellikle, toprak, sediment ve katı atıklarla birlikte, su, atıksu ve gaz proses akımlarında kullanılabilmektedir. Nitrat, perklorat, klor ve humik asit giderimi için de kullanılabilen sıfır değerlikli demir nanotanecikler aynı zamanda oksijen varlığında organik maddeleri yükseltgeyebilmektedir. Klorlu bileşiklerin gideriminde, Pd/Fe veya Ni/Fe gibi bimetalik nanotanecikler de uygulanabilmektedir. Ayrıca demir oksihidroksitlerle yüklenmiş selüloz boncuklar gibi gözenekli ve geniş yüzey alanına sahip malzemeler de sulu sistemlerden ağır metal gideriminde kullanılabilmektedir.
Diğer çalışmalarda ise demir oksitive silikatın kompozitleri azo boyaların indirgenmesi için sentezlenmişlerdir. Sorpsiyon kapasitesinin arttırılması için killer, anorganik ve organik bileşiklerle, asitlerle ve bazlarla modifiye edilmiştir. Organokiller de son zamanlarda sulu ortamlardan ağır metallerin giderimi için polimerlerle olan kompozitleriyle ilgi çeken sorbentler olmuşlardır.
Karbon nanotüpler, özellikle, yüksek termal ve elektrik iletkenlikleri, yüksek dayanımları, sertlikleri ve özel adsorpsiyon kabiliyetleri gibi özelliklerinden dolayı uygulamalar için muazzam bir potansiyele sahiptir.
Nanomalzemelerin çevresel arıtım ve iyileştirme ile ilgili uygulamalarına bir diğer örnek, polimer-destekli ultrafiltrasyon için dendritik nanoölçekli şelatlaştırma ajanlarını içerir. Kontrollü içeriği ve nanoölçek özellikleri içeren mimarisiyle dendrimerler metal iyonlarını ve sıfır-değerlikli metalleri uygun ortamda çözünebilecek veya uygun yüzeylere bağlanacak şekilde enkapsüle etmek üzere tasarlanmıştır (Mansori et al., 2008).
Hava kirliliği nanoteknolojinin umut verici etkisinin olduğu diğer potansiyel bir alandır. Su arıtım metotlarına benzer şekilde filtrasyon teknikleri iç mekanların hava hacimlerini temizlemek için kullanılabilir. Nanofiltreler kirletici