معرفی فیلتر اینفرارد ( مادون قرمز )

روش‌های مختلفی برای تصفیه آب آشامیدنی وجود دارد. آب لوله‌کشی در همه جای دنیا حتی در کشورهای پیشرفته حاوی موادی است که برای سلامتی مضر هستند و نباید جذب بدن شوند. متأسفانه، تا زمانی که آب آشامیدنی خود را تصفیه نکنید، این مهمانان ناخوانده به بدن شما راه خواهند یافت. اکثر افراد روش‌هایی را برای تصفیه آب ترجیح می‌دهند که حتی الامکان طبیعی باشند. برای این افراد استفاده از فیلترهای مادون قرمز بهترین گزینه برای داشتن آب خالص و تمیز است. فیلتر مادون قرمز یک روش تصفیه نسبتاً جدید است.

اشعه مادون قرمز چیست؟

اشعه مادون قرمز شکلی از انرژی است که در طیف الکترومغناطیسی بعد از نور مرئی قرمز و قبل از امواج رادیویی قرار می‌گیرد. در واقع طول‌موج آن بلندتر از نور مرئی و کوتاه‌تر از امواج رادیویی است. دامنه طول‌موج اشعه مادون قرمز از 78/0 میکرون (780 نانومتر) تا 1000 میکرون (یک میلی‌متر) است. محدوده دمایی اشعه مادون قرمز از صفر مطلق (16/273- درجه سانتی‌گراد) تا چند هزار درجه سانتی‌گراد است. هر چه طول‌موج اشعه مادون قرمز کوتاه‌تر باشد، گرمای آن بیشتر و قدرت انتقال آن نیز بیشتر است به این معنی که مسافت بیشتری را می‌تواند طی کند.

اشعه مادون قرمز با چشم غیرمسلح قابل تشخیص نیست. هر جسمی که دمای آن بیش از صفر درجه کلوین (15/273- درجه سانتی‌گراد) باشد، از خود اشعه مادون قرمز ساطع می‌کند. به عبارت دیگر تمام اجسام انرژی مادون قرمز از خود ساطع می‌کنند چرا که امکان ندارد دمای جسمی به صفر کلوین برسد. هر چه جسم گرم‌تر باشد، اشعه مادون قرمز ساطع شده از آن دارای انرژی بالاتر و طول‌موج کوتاه‌تر است. از سوی دیگر تابش اشعه مادون قرمز به جسم باعث گرم شدن آن می‌شود. به همین دلیل وقتی در مقابل نور خورشید قرار می‌گیریم احساس گرما می‌کنیم.

در تصفیه آب از کدام نوع اشعه مادون قرمز استفاده می‌شود؟

دامنه دمایی اشعه مادون قرمز خیلی گسترده است و از صفر مطلق (16/273- درجه سانتی‌گراد) تا چند هزار درجه سانتی‌گراد را شامل می‌شود. به همین دلیل در صنعت، اشعه مادون قرمز به سه نوع مختلف تقسیم می‌شود:

• اشعه مادون قرمز نزدیک (near infrared – NIR)
  دامنه طول‌موج این نوع اشعه مادون قرمز از 78/0 میکرون (780 نانومتر) تا 5/1 میکرون (1500 نانومتر) است. این نوع اشعه را به اختصار NIR یا IR-A می‌نامند.
• اشعه مادون قرمز متوسط (medium infrared – MIR)
  دامنه طول‌موج این نوع اشعه مادون قرمز از 5/1 میکرون (1500 نانومتر) تا 3 میکرون (3000 نانومتر) است. این نوع اشعه را به اختصار MIR یا IR-B می‌نامند.
• اشعه مادون قرمز دور (far infrared – FIR)
  دامنه طول‌موج این نوع اشعه مادون قرمز از 3 میکرون (3000 نانومتر) تا 1000 میکرون (1 میلی‌متر) است. این نوع اشعه را به اختصار FIR یا IR-C می‌نامند.

در فیلتر مادون قرمز از ”اشعه مادون قرمز دور“ (FIR یا IR-C) استفاده می‌شود. اما چرا؟ مولکول‌های آب همیشه در حال نوسان هستند و چنانچه در معرض یک موج الکترومغناطیسی با طول موج 10-8 میکرون قرار گیرند، بین دو نوسان، تشدید (resonance) رخ می‌دهد. تشدید باعث یونیزه شدن آب به یون هیدروژن و یون هیدروکسید می‌شود. این نوع یونیزه شدن آب ”فعال سازی آب“ نامیده می‌شود. طول موج 10-8 میکرون در دامنه طول موج اشعه مادون قرمز دور (3 تا 1000 میکرون) قرار دارد.

در فیلتر مادون قرمز از چه ماده‌ای استفاده می‌شود؟

در این نوع فیلترها از سرامیک مادون قرمز استفاده می‌شود. در واقع فیلتر مادون قرمز به کمک مواد بیوسرامیکی درون خود از قبیل سیلیکا اکسید (SiO2) و اکسید آلومینیوم (Al2O2)، قادر است تا عملکردی مشابه لامپ‌های اشعه مادون قرمز داشته باشد. این فیلترها بدون نیاز به برق کار می‌کنند. انواع مختلفی از سرامیک وجود دارد که هر کدام طول‌موج متفاوتی از ”اشعه مادون قرمز دور“ را از خود ساطع می‌کنند و انواع مختلفی از آلاینده‌ها را از آب حذف می‌کنند.

وقتی افراد به سرامیک فکر می‌کنند احتمالاً بشقاب و ظروف سرامیکی آشپزخانه را به یاد می‌آورند. خوب است بدانید که سرامیک‌ها، ”اشعه مادون قرمز دور“ (FIR یا IR-C) از خود ساطع می‌کنند. در واقع خیلی از اجسام ”اشعه مادون قرمز دور“ از خود ساطع می‌کنند، با این حال فقط مواد کمی مانند سرامیک‌ها می‌توانند این کار را به شیوه‌ای پایدار و پیوسته انجام دهند. دلیل این امر فرایند حرارت دهی به سرامیک‌ها برای سخت و بادوام شدن آنها است.

نقش فیلتر مادون قرمز در تصفیه آب

فیلتر مادون قرمز با استفاده از اشعه مادون قرمز با طول موج 6 تا 14 میکرون (اشعه مادون قرمز دور FIR) و به کمک پدیده تشدید (resonance) و ایجاد ارتعاشات کششی و خمشی در مولکول‌های آب، سه وظیفه را در فرایند تصفیه آب انجام می‌دهند:

• شکستن پیوند هیدروژنی بین مولکول‌های آب و تجزیه خوشه‌بندی مولکول‌های آب به واحدهای کوچک‌تر و کمک به حذف ناخالصی‌ها:
  فیلتر مادون قرمز برای تجزیه خوشه‌بندی مولکول‌های آب به واحدهای کوچک‌تر طراحی شده است. مولکول‌‌های آب با تشکیل پیوند هیدروژنی، کنار یکدیگر قرار می‌‌گیرند و تجمع‌هایی با اندازه و شکل‌های گوناگون ایجاد می‌کنند. در شکل زیر چند نمونه از این خوشه‌بندی‌ها نشان داده شده.آب حلالی قوی است که اکثر مواد آلی و معدنی را در خود حل می‌کند. یون‌های محلول (ناخالصی‌ها) جذب مولکول‌های آب می‌شوند و در خوشه‌بندی آنها گرفتار می‌شوند. برای تصفیه آب، این خوشه‌ها باید شکسته شوند تا ناخالصی‌ها آزاد شوند و سپس آنها را از آب حذف کرد. فیلتر مادون قرمز خوشه‌بندی مولکول‌های آب را می‌شکند و ناخالصی‌های آب جذب سرامیک‌های آن می‌شوند و از آب حذف می‌شوند.
• شکستن پیوند کووالانسی بین اتمی مولکول‌های آب و تولید یون‌های هیدروژن (H+) و هیدروکسید (OH-) که به آن یونیزه کردن آب یا فعال سازی آب گفته می‌شود.
• شکستن پیوند کووالانسی بین اتمی مولکول‌های آب و تولید گازهای اکسیژن (O2) و هیدروژن (H2). مولکول‌های اکسیژن به صورت ذرات گازی سوسپانسیون در آب معلق هستند. به همین دلیل به فیلتر مادون قرمز، فیلتر اکسیژن ساز می‌گویند.

فیلتر مادون قرمز تنها حجم کمی از آب را تجزیه می‌کند و تاثیر کمی در تصفیه آب دارد اما باعث آزاد شدن اکسیژن می‌شود.

انواع فیلترهای مادون قرمز

فیلترهای مادون قرمز بر حسب نوع سرامیک به کار رفته در آنها تقسیم‌بندی می‌شوند. خود سرامیک‌ها هم بر حسب درجه حرارت به کار رفته در پخت آنها، تقسیم بندی می‌شوند.

• سرامیک‌های با دمای پخت بالا
  این نوع سرامیک‌ها که تحت عنوان نوع K معروف هستند، پرتوهای مادون قرمز بسیار دور ساطع می‌کنند و از طول عمر زیاد برخوردارند. این نوع سرامیک را می‌توان تمیز و مجدد شارژ کرد.
• سرامیک‌های با دمای پخت پایین
  این نوع سرامیک‌ها که تحت عنوان نوع N معروف هستند، پرتوهای مادون قرمز دور ساطع می‌کنند و از طول عمر کمی برخوردارند. از این نوع سرامیک برای حذف نیتروژن آب در آکواریوم‌ها استفاده می‌شود. این نوع سرامیک‌ها قابلیت تمیز کردن و شارژ مجدد ندارند.

ظرفیت مواد بیوسرامیکی موجود در فیلتر مادون قرمز در جذب ناخالصی‌ها محدود است و پس از مدتی منافذ آنها مسدود می‌شوند. برخی از فیلترها نیاز به تعویض دارند در حالی که برخی دیگر را می‌تواند بارها و بارها شارژ و مجدد استفاده کرد. این فیلترها را باید هر یک سال و نیم تا دو سال تعویض یا شارژ کرد تا کارایی لازم را داشته باشند.

فیلتر مادون قرمز به عنوان آپشن بر روی برخی دستگاه‌های تصفیه آب خانگی نصب می‌شوند. فیلتر مادون قرمز معمولا بعد از فیلتر اسمز معکوس و در مرحله آخر دستگاه تصفیه آب قرار می‌گیرد.

خواص آب تصفیه شده با فیلتر مادون قرمز

فیلتر مادون قرمز باعث آزاد شدن اکسیژن در آب می‌شود و اصطلاحاً آب اکسیژن دار تولید می‌کند. مصرف آب اکسیژن دار فوایدی دارد که در ذیل به آنها شده است:

• اکسیژن رسانی مطلوب تر به بدن و دارا بودن خاصیت انرژی زایی
• جذب راحت‌تر آب توسط پوست که باعث طراوت و تازگی آن می‌شود
• افزایش اکسیژن خون و ارتقاء سیستم ایمنی بدن
• افزایش متابولیسم (سوخت و ساز) بدن و کمک به کاهش وزن
• کمک به هیدراته نگه داشتن بدن
• مفید برای رشد گیاهان

مقایسه فیلتر مادون قرمز و فیلتر ماوراء بنفش

فیلتر تصفیه آب مادون قرمز یک پدیده نسبتاً جدید است. فیلترهای مادون قرمز (IR) مانند فیلترهای ماوراء بنفش (UV)، به تنهایی نمی‌توانند همه آلاینده‌های موجود در آب را حذف و آب آشامیدنی خالص تولید کنند. بنابراین باید به عنوان یک مرحله از فرایند تصفیه آب در کنار سایر فیلترها استفاده شوند و معمولاً بعد از فیلتر ممبران نصب می‌شوند. و اما تفاوت‌ها:

• در فیلتر مادون قرمز برخلاف فیلتر ماوراء بنفش، از لامپ استفاده نمی‌شود و اشعه مادون قرمز از مواد بیوسرامیکی داخل آن ساطع می‌شود.
• فیلتر مادون قرمز برخلاف فیلتر ماوراء بنفش، سختی آب را کاهش می‌دهد. فیلتر مادون قرمز با شکستن خوشه‌بندی مولکول‌های آب، ناخالصی‌های به دام افتاده در آنها را آزاد می‌کند. در مرحله بعد این ناخالصی‌ها جذب سرامیک‌های فیلتر شده و از آب حذف می‌شوند.
• فیلتر مادون قرمز برخلاف فیلتر ماوراء بنفش نیاز به برق ندارد. این فیلترها یک سال تا دو سال بدون نیاز به برق کار می‌کنند. بعد از مدت باید تعویض یا شارژ شوند.

آب اکسیژن دار همان آب اکسیژنه است؟

فیلتر مادون قرمز باعث می‌شود تا ساختار مولکول‌های آب شکسته شود. با شکسته شدن ساختار مولکول‌های آب، گاز هیدروژن و اکسیژن به وجود می‌آید. مولکول‌های اکسیژن به صورت ذرات گازی در آب معلق هستند. به آب حاوی گاز اکسیژن، ”آب اکسیژن دار“ گفته می‌شود که نوعی سوسپانسیون از نوع مخلوط گاز در مایع است. اما ”آب اکسیژنه“ نام تجاری هیدروژن پراکسید (hydrogen peroxide) با فرمول (H2O2) است که یک اکسید کننده است که به عنوان سفیدکننده استفاده می‌شود.

سوالات متداول

اشعه مادون قرمز چیست؟

اشعه مادون قرمز شکلی از انرژی است که در طیف الکترومغناطیسی بعد از نور مرئی قرمز و قبل از امواج رادیویی قرار می‌گیرد. در واقع طول‌موج آن بلندتر از نور مرئی و کوتاه‌تر از امواج رادیویی است.

آیا آب تصفیه شده با این روش برای بدن مضر است؟

فیلتر مادون قرمز باعث آزاد شدن اکسیژن در آب می‌شود و اصطلاحاً آب اکسیژن دار تولید می‌کند و به دلیل فرکانس پایین برای بدن هیچ ضرری ندارد بلکه بسیار مفید نیز هست که در مقاله به طور مفصل به آن پرداختیم.