یکی از منابع مهم آلودگی محیط زیست به وسیله ترکیبات آروماتیک ، ناشی از وجود ترکیب بنزن در سوخت وسایل نقلیه و در نتیجه انتشار آن به وسیله دود حاصل از آنهاست ، بر این اساس ، بتازگی موضوع کاهش این ماده خطرناک مورد توجه جدی قرار گرفته است و همگام با تلاش کشورهای پیشرفته صنعتی ، پژوهشگاه صنعت نفت به نیز پس از انجام مطالعات اولیه طرحی را برای جداسازی آن ارائه کرده و در نهایت موفق به کاهش میزان بنزن در سوخت بنزین به میزان بیش از ۶۵درصد شده است.

هوا یکی از ۵ عنصر ضروری (هوا ، آب ، غذا ، گرما و نور) برای ادامه حیات انسان است. هر فرد روزانه نزدیک ۲۲۰۰۰ بار تنفس می کند و تقریبا به ۱۵ کیلوگرم هوا در روز نیاز دارد. معمولا انسان می تواند به مدت ۵ هفته بدون غذا و مدت ۵روز بدون آب زنده بماند اما نمی تواند بدون هوا حتی ۵دقیقه زنده بماند. این درحالی است که انواع متعددی از آلاینده ها در اثر فعالیت های طبیعی و مصنوعی ناشی از فعالیت های بشر که در زمین انجام می گیرد ، وارد اتمسفر می شوند بنابراین آلودگی هوا به معنی حضور یک ماده خارجی در هواست البته بر اساس یکی از توضیحات ، آلودگی هوا به این صورت تعریف می شود: آلودگی هوا عبارت است از وجود هر نوع آلاینده اعم از جامد ، مایع ، گاز و یا تشعشع پرتوزا و غیرپرتوزا در هوا به تعداد و در مدت زمانی که کیفیت زندگی را برای انسان و دیگر جانداران به خطر اندازد یا به آثار باستانی و اموال خسارت وارد آورد.

ماده ای مخرب و خطرناک

برخی بخارهای هیدروکربن در اتمسفر نقش بالقوه ای در تخریب سلامتی انسان ها دارند. در این میان بنزن به عنوان یکی از مهمترین هیدروکربن های فرار با وجودی که به علت حلالیت بالا نقش عمده ای در صنعت به عهده دارد ولی استنشاق آن موجب جلوگیری از تشکیل گلبول قرمز در مغز استخوان می شود. در مواردی چند ، سرطان خون (لوسمی) در افرادی که به علت مسائل شغلی برای مدت طولانی در معرض بخار بنزن بوده اند ، گزارش شده است. منبع اصلی تولید بنزن ، بنزین مورد استفاده در خودروهاست.

به طورکلی بنزن مایعی بی رنگ و خوشبو است که در تولید صنعتی گروهی از مواد مانند پلی استیرن ، لاستیک مصنوعی و نایلون استفاده می شود. این مایع در تهیه شوینده ها و رنگها نیز به کار می رود. بنزن درواقع متعلق به خانواده هیدروکربن هاست که هر مولکول آن ۶ اتم کربن و ۶ اتم هیدروژن دارد که یک آرایش حلقوی را به وجود می آورند. این آرایش حلقه بنزن نامیده می شود و در بسیاری از ترکیبات از جمله آسپیرین و ماده منفجره «تی.ان.تی» نیز وجود دارد البته بنزن از جمله ترکیبات بسیار خطرناکی هم محسوب می شود که سرطان زایی آن در انسان و حیوانات به اثبات رسیده است و استنشاق طولانی مدت این ترکیب از سوی انسان موجب بروز سرطان خون یا مغز استخوان می شود. از آنجایی که یکی از منابع مهم آلودگی محیط زیست به وسیله ترکیبات آروماتیک ، ناشی از وجود ترکیب بنزن در سوخت وسایل نقلیه و در نتیجه انتشار آن به وسیله دود حاصل از آنهاست.

بر این اساس بتازگی موضوع کاهش بنزن موجود در بنزین مورد توجه جدی قرار گرفته است به طوری که طبق استاندارد اروپا ، غلظت این ترکیب در سوخت بعد از سال ۲۰۰۵ نباید بیش از یک درصد باشد. بنابراین هم اکنون پالایشگاه های مختلف نفت به فکر راهی برای کاهش این ترکیب در بنزین مورد استفاده وسایل نقلیه هستند.

غشاهای جداکننده

بنزن موجود در بنزین به صورت طبیعی در نفت خام وجود دارد و البته در مراحل مختلف فرآیند رفورمینگ کاتالیتیکی نیز تولید می شود. به گفته دکتر امیرناصراحمدی ، عضو هیات علمی پژوهشگاه صنعت نفت ، در حال حاضر استراتژی های مختلفی به منظور کاهش بنزن موجود در بنزین تولیدی پالایشگاه ها مطرح است که از آن جمله می توان به تقطیر جزئ به جزئ خوراک فرآیند رفورمینگ و جداسازی بنزن از آن یا اصلاح شرایط رفورمینگ اشاره کرد که البته روشهای یاد شده دارای معایب مهمی همچون کاهش هیدروژن تولید شده فرآیند یا کاهش عدد اکتان بنزین تولیدی هستند.

احمدی می افزاید: یکی از پیشرفته ترین روشهای جداسازی اروماتیک ها استفاده از تکنیک غشا است ، سیستم غشایی تراوش تبخیری (Pervaporation) برای نخستین بار در فرآیند جداسازی مخلوطهای آزئوتروپیک و جداسازی ایزومرها مورد استفاده قرار گرفت و اولین کاربرد صنعتی آن در سال ۱۹۸۲ و با احداث واحد جداسازی آب از حلالهای آلی به وسیله یک کمپانی آلمانی گزارش شد.فناوری غشا یا membrane ، درواقع یکی از فناوری های پرکاربرد در صنعت امروز است که حوزه کاربرد آن از صنعت آب و فاضلاب تا صنایع غذایی و دارویی گسترده است. بطور کلی محورهای اصلی کاربرد غشاها شامل موارد زیر می شود.

صنعت آب و فاضلاب :

جداسازی املاح آب در فرآیندهای تصفیه به صورت شیمیایی ، بیوشیمیایی ، میکروبی و غیره انجام می گیرد. مهمترین بخش در فرآیند جداسازی و فیلتراسیون املاح از آب ، غشاها هستند. برای مناطقی که آب آشامیدنی طبیعی مطلوبی ندارند، آب شیرین کن ها از دستگاه های پرمصرف محسوب می شوند. به طور مثال در ایران شهرهایی مثل قم از این مشکل رنج می برند که آب شیرین کن ها تا حد زیادی این مشکل را مرتفع کردهاند. حتی در شهرهایی که آب آشامیدنی به ظاهر مطلوبی دارند ، دستگاه های آب شیرین کن بازار خوبی داشته اند ، چرا که به هر حال آب جاری طبیعی دارای آلودگی است.

صنایع غذایی :

صنعت لبنیات ، آبمیوه و صنایع تبدیلی دیگر که در حوزه صنایع غذایی قرار می گیرند، یکی دیگر از مصرف کنندگان اصلی غشاها محسوب می شوند. به طور مثال در سیستمهای uf که در تولید پنیر استفاده می شوند، غشا به کار برده می شود. در تولید انواع آبمیوه ها که منبع پروتئین برای انسان هستند ، از غشا برای شفاف سازی و تا حدودی آلودگی زدایی استفاده می شود.

صنایع دارو و پزشکی :

تولید دارو با سیستم های مختلفی انجام می شود. این دارو نیاز به خالص کردن دارد و اهمیت خالص سازی دارو کمتر از تولید دارو نیست.

مهمترین عنصر در فرآیند خالص سازی ، غشاها هستند که در فرآیندهایی مانند دیالیز ، میکروفیلتراسیون و نانوفیلتراسیون به کاربرده می شوند. در پزشکی نیز در سیستم های رهایش دارو و یا ایمپلنت هایی که باید جذب و دفع کنترل شده در بدن داشته باشند از غشا استفاده می شود.

تصفیه هوا و خالص سازی گازها:

یکی از محورهای اصلی کاربرد غشاها، تصفیه هوا یا تولید گازهای خالص مانند اکسیژن خالص و نیتروژن خالص است که این گازها کاربردهای صنعتی زیادی دارند. در فرآیند PSA که در تولید اکسیژن و نیتروژن خالص به کار برده می شود از غشاها استفاده می شود. امروزه عقیده بر این است که اگر بتوان از طریق غشایی مقداری اکسیژن وارد موتور خودرو کرد ، احتراق بهتر صورت می گیرد.

کاربردهای دیگر:

زمینه های صنعتی فراوان دیگری نیز وجود دارد که در کنار محورهای اصلی یاد شده در حوزه کاربردهای فناوری غشا قرار می گیرند. از جمله ۳محصول صنعتی مهم که در کشور با همین فناوری تولید می شوند، عبارتند از: گاز کلر، آب ژاول و سود. گاز کلر تولید شده به این روش بسیار باکیفیت است ، به طوری که حتی به کشورهای منطقه صادر می شود. در فرآیندهای خالص سازی ، عناصری مثل اورانیوم نیز که در صنایع هستهای به کار می رود از غشا استفاده می شود. البته بر این اساس جداسازی بنزن موجود در بنزین نیز با استفاده از تکنیک بالا به وسیله شرکتهایی از آلمان و ژاپن مورد توجه قرار گرفته است.

همچنین آژانس حفاظت محیط زیست امریکا (EPA) نیز استفاده از سیستم ترکیبی غشا تقطیر را به منظور کاهش بنزن موجود در بنزین در مقیاس صنعتی مورد بررسی قرار داده است.

همگام با تلاشهای کشورهای پیشرفته صنعتی ، پژوهشگاه صنعت نفت نیز پس از انجام مطالعات اولیه ، طرحی را برای جداسازی بنزن از سوخت بنزین تولید پالایشگاه های کشور ارائه و سیستم یاد شده را بر مبنای خوراک های موجود در پالایشگاه ها با ظرفیت یک کیلوگرم در روز طراحی و موفق به کاهش میزان بنزن در سوخت بنزین به میزان بیش از ۶۵ درصد شده است.

فناوری در خدمت سلامت

جدا سازی یک بخش مهم فرآیندهای اساسی در مهندسی شیمی است. امروزه روشهای جدیدی به منظور انجام فرآیندهای جداسازی ، توسعه یافته اند که از جهات مختلف بر روشهای سنتی برتری دارند. یکی از این روشها، استفاده از فناوری غشا است.

با استفاده از غشاهای پلیمری از نوع اسمز معکوس اولترافیلتراسیون وا فرآیندهای جداسازی نظیر تهیه آب فوق خالص ، تغلیظ رنگ ، تغلیظ شیر و... مورد بررسی قرار می گیرند. با توجه به پیشرفت فناوری استفاده از غشا، غشاهای معدنی اخیر به دلیل پایداری شیمیایی و حرارتی بالا تا دمای ۶۰۰درجه مورد توجه خاص قرار گرفته اند. عمده غشاهای معدنی ، غشاهای زئولیتی است که به دلیل خواص ویژه و منحصر به فرد خود بویژه خاصیت غربال کردن مولکولی مورد توجه خاص قرار گرفته اند. این فناوریها به دلیل مصرف انرژی کمتر (۷۵ درصد کمتر نسبت به فناوری رایج) باعث پیشرفت چشمگیری شده اند.به گفته احمدی ، طرح جداسازی بنزن از بنزین به عنوان بخشی از طرح استفاده از فناوری غشا در جداسازی گازها و مایعات با حمایت مرکز تحقیق و توسعه شرکت ملی نفت ایران در حال توسعه است.

در فازهای بعدی طرح ، افزایش مقیاس فرآیند فوق و همین طور جداسازی آروماتیک ها از دیگر برشهای نفتی مورد توجه است.

این سیستم غشایی به دلیل این که نسبت به روشهای موجود (تقطیر) از پتانسیل مناسب برخوردار است به کار گرفته شد. اساس جداسازی دراین سیستم بر پایه گزینش پذیری بالای بنزن است که با عبور بنزن از روی صفحات غشایی تحت خلا قوی در یک دوره زمانی مناسب ، بنزن موجود در آن جداسازی می شود.