به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، منابع طبیعی از جمله آب، انرژی و غذا با توجه به افزایش جمعیت جهان، تقاضای بیشتری دارند. مدیریت پایدار این منابع یک مسئله فوری جهانی است. این منابع که در یک پیوند بسیار حیاتی ترکیب شده‌اند، پیوند آب – انرژی – غذا (WEF) نامیده می‌شوند. حوزه فناوری نانو راه حل‌های امیدوارکننده‌ای را برای غلبه بر چندین مشکل در پیوند WEF ارائه می‌دهد.

این بررسی اولین گزارشی است که بر کاربردهای پیشنهادی نانوالیاف در بخش‌های WEF تمرکز دارد. ارزش اقتصادی نانوالیاف در بخش‌های WEF تأیید شد که عمدتاً با موفقیت برای تولید آب پاک، انرژی پایدار و غذای ایمن استفاده شد. راه‌حل‌های بیوتکنولوژیکی نانوالیاف شامل فعالیت‌های مختلف در صنایع آب، انرژی و مواد غذایی است. این فعالیت‌ها ممکن است شامل تولید آب شیرین و تصفیه فاضلاب، تولید، تبدیل و ذخیره انرژی و فعالیت‌های مختلف در بخش مواد غذایی باشد. علاوه بر این، کاربردهای میکروبی نانوالیاف در بخش زیست پزشکی و مهم‌ترین رویکردهای بیوتکنولوژیکی، عمدتاً کشت بافت گیاهی، تمرکز ویژه مطالعه حاضر است. استفاده از نانوالیاف در زمینه کشت بافت گیاهی یک رویکرد امیدوارکننده است زیرا این نانوالیاف می‌توانند از هرگونه آلودگی میکروبی در شرایط آزمایشگاهی جلوگیری کنند، اما از دست دادن محیط در اثر تبخیر چالش اصلی در این کاربرد است. چالش‌های اصلی تولید و کاربرد نانوالیاف به نوع نانوالیاف و کاربرد آن‌ها بستگی دارد. بخش‌های مختلف تقریباً با تمام فعالیت‌های زندگی ما مرتبط هستند. 

نانوالیاف در آب، انرژی و غذا
خواص اصلی نانوالیاف چیست؟ نانوالیاف، الیاف پلیمری در مقیاس نانو هستند که دارای خواص مشخصی هستند و می‌توانند با استفاده از پلیمرهای طبیعی و مصنوعی تولید شوند. الیاف طبیعی گیاهی منابع اصلی تولید چنین الیافی در کنار منابع حیوانی و معدنی هستند که به کسر گیاهی مورد استفاده مانند برگ، ساقه، ساقه و دانه بستگی دارد. رایج ترین منابع الیاف گیاهی ممکن است شامل الیاف بذر از پنبه (Gossypium arboretum L.)، الیاف میوه از نارگیل (Cocos nucifera L.)، الیاف پوست از جوت (Corchorus olitorius L.)، الیاف برگ از سیزال (Agave sisalana L.) و موز (Musa sp) باشد. پلیمرهای مصنوعی یا نانوالیاف به دلیل تولید آسان، هزینه کم و خواص مکانیکی بالاتر به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما به دلیل دفع غیرقابل تجزیه، ماهیت سمی و ماندگاری در اکوسیستم می‌توانند مشکلات زیست محیطی و سلامتی درازمدت ایجاد کنند.

نانوالیاف در بخش آب
نانوالیاف دارای ویژگی‌های خاصی هستند که از عملکرد آن‌ها پشتیبانی می‌کند، از جمله ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و بیولوژیکی. این خواص در هنگام تصفیه آب و تصفیه فاضلاب نقش بسزایی دارند. آن‌ها اجازه می‌دهند که نانوالیاف برای بسیاری از فرآیندهای آب مانند تصفیه فاضلاب، نمک زدایی، حذف فلزات سنگین و اصلاح زیست محیطی جریان‌های فاضلاب با غلظت بالا ارجحیت داشته باشند. نانوالیاف مبتنی بر آب جایگزین‌های جذابی برای حلال‌های آلی در نظر گرفته می‌شوند که در روش‌های الکتروریسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع الیاف را می‌توان برای نانوالیافی مانند نانوالیاف پلی وینیل الکلی مقاوم در برابر آب، نانوالیاف سلولزی اصلاح شده و نانوالیاف سوکسینات سلولز اعمال کرد.

نانوالیاف در بخش انرژی
بخش انرژی یک منبع حیاتی برای زندگی ما است. در هر زمان، یک نگرانی فوری جهانی برای جستجوی منابع جدید غیر سنتی برای تولید و به حداکثر رساندن تولید انرژی مورد نیاز است. این رویکرد را می‌توان با استفاده از ضایعات کشاورزی قابل اعتماد مختلف به عنوان منابع تجدید پذیر، عالی و مقرون به صرفه به دست آورد. در عین حال، انباشت زباله‌های کشاورزی و صنعتی باعث ایجاد مسائل زیانبار زیست محیطی می‌شود که باید به انرژی ارزش گذاری شود. مهم ترین رویکردهای پیشنهادی برای بحران انرژی ممکن است شامل انرژی میکروبی و سبز، به عنوان استراتژی‌های پایدار برای تولید انرژی از منابع فسیلی باشد. تبدیل انرژی میکروبی یا فناوری‌های انرژی میکروبی منابعی هستند که میکروب‌ها می‌توانند از مواد آلی خام سوخت بسازند و انرژی شیمیایی موجود در آگروبیومس را به انرژی شیمیایی به شکل هیدروژن یا اتانول از طریق فرآیند بیوانرژی تبدیل کنند.

نانوالیاف در بخش مواد غذایی
تولید، جابجایی، نگهداری و ذخیره سازی مواد غذایی جهانی از موارد ضروری برای مدیریت بهینه امنیت غذایی است. برای بهبود و کنترل خواص مواد غذایی به فیبر یا پلیمر مناسب نیاز دارند. حفظ طراوت و کیفیت غذا از طریق بسته بندی مواد غذایی نگرانی زیادی پیدا کرده است. بسته‌بندی مواد غذایی به‌عنوان یک حوزه چند رشته‌ای، علاوه بر علوم غذایی، شامل علوم مختلفی می‌شود که عمدتاً شامل شیمی مواد غذایی، مهندسی مواد غذایی و میکروبیولوژی مواد غذایی می‌شود. اخیراً بسته بندی مواد غذایی به لطف استفاده از نانوالیاف پیشرفت زیادی داشته است. چندین کاربرد نانوالیاف در صنایع غذایی شامل سه بخش است: تجزیه و تحلیل مواد غذایی (آنتی بیوتیک‌ها، ترکیبات غذایی، پاتوژن‌ها و باقیمانده آفت کش‌ها)، تولید مواد غذایی (فیلتر کردن نوشیدنی و سیستم تحویل برای مواد غذایی کاربردی)، و بسته بندی مواد غذایی.

  نانوالیاف در پیوند آب-انرژی-غذا
به خوبی مستند شده است که تا سال 2050، جمعیت جهان حدود 9.7 میلیارد نفر خواهد بود، که به معنای تقاضای بیشتر برای تمام منابع اصلی زندگی ما است. این نرخ تقاضا در بخش‌های مختلف متفاوت است، برای مثال در بخش‌های غذا، انرژی و آب به ترتیب 70، 50 و 20 تا 55 درصد افزایش یافته است. بنابراین، این بخش‌های اصلی آب، انرژی و غذا یک پیوند حیاتی (WEF) را با هم ترکیب می‌کنند که نیاز به مدیریت فوری جهانی دارد، همانطور که مطالعات متعددی که این رابطه را از دیدگاه‌های مختلف مورد بحث قرار می‌دهند تایید شده است. این پیوند رابطه بسیار نزدیکی با تغییرات آب و هوایی جهانی، استفاده پایدار از این منابع، پایداری نمک زدایی، اکوسیستم و برداشت آب باران در مناطق خشک دارد.

رایج ترین کاربردهای نانوالیاف
به خوبی شناخته شده است که الیاف طبیعی مشتق شده از گیاهان به عنوان یک جایگزین پایدار برای مواد مصنوعی بسته به گونه‌های گیاهی و قسمت مورد استفاده نگرانی زیادی به دست آورده‌اند. چندین گیاه کشت شده در تولید الیاف استفاده شده است مانند ساقه گیاهان زیر Himalayacalamus falconeri ، Lankaran acacia L.، Ficus benjamina L. ، Waltheria indica L. ، Myriostachya wightiana، و Cyperus platystylis R. Br. عملیات شیمیایی فرآیند اصلی تولید الیاف طبیعی است که ممکن است علاوه بر تیمارهای سطحی شامل قلیایی، استیلاسیون، بنزوئیلاسیون، پراکسید، پرمنگنات پتاسیم، سیلان و اسید استئاریک باشد.

کاربردهای بیشتر نانوالیاف
نانوتکنولوژی یکی از سریع‌ترین زمینه‌های در حال رشد فناوری پیشرفته است و ثابت شده است که نقش اساسی در دستیابی به توسعه چشمگیر در سیستم‌های کشاورزی و بسیاری از حوزه‌های مختلف علم و فناوری دارد. این دارای طیف گسترده‌ای از کاربردها است که می‌تواند برای صنعت مدرن، کشاورزی به عنوان نانو کود، نانو آفت کش‌ها، بخش مواد غذایی، الکترونیک، مهندسی زیستی، انرژی‌های تجدید پذیر، پزشکی، داروسازی، لوازم آرایشی و فناوری حسگر استفاده شود. نانوتکنولوژی خواص انتقال عناصر فلزی به سلول‌های گیاهی را تغییر داده و سیستم‌های بیولوژیکی از جمله بقای گیاه، بیوسنتز، وضعیت آنتی‌اکسیدانی، فعالیت آنزیم‌ها، فرآیندهای رشد و توسعه را تحت تأثیر قرار داده است و تداخل فعالی با محیط دارد.
در این بخش، برخی سوالات توجیهات بیشتری برای برجسته کردن پتانسیل نانوالیاف کاربردی در بخش‌های مختلف ارائه می‌کنند. مزایای اقتصادی نانوالیاف در بخش های WEF چیست؟ تا چه حد می‌توان نانوالیاف را در بخش کشت بافت گیاهی به کار برد؟ آیا نانوالیاف ابزار امیدوارکننده‌ای برای تولید آب/انرژی/غذا پایدار، پاک و ایمن هستند؟ چالش‌های اصلی تولید و کاربرد نانوالیاف چیست؟ سوالات باز که هنوز نیاز به پاسخ دارند چیست؟ به خوبی مستند شده است که نانوالیاف با استفاده از روش الکتروریسی چندین سال پیش تولید شده‌اند. نانوالیاف الکتروریسی به دلیل کیفیت بالا نسبت به سایر روش‌ها ارجحیت دارند.
پایان مطلب/.