Вчені розробили два нові методи десалації

92298404



Практично одночасно інженери з Массачусетського технологічного інституту (МІТ) та Університету Іллінойса в м. Urbana-Champaign (UIUC) запропонували нові способи дезалізації солі води. Метод MIT базується на ударних хвилях, а UIUC використовував пористий наноттик матеріал для відокремленої солі з води.

Вживання води в світі постійно зростає, а в деяких густо заселених регіонах планети вона починає рубати. Свіжі водні нестачі більше не допитливих африканських пустель. Незважаючи на те, що океани охоплюють 70% поверхні нашої планети, на ньому дуже мало питної води.

У Каліфорнії, через трирічну посуху, про щорічний дощ не підрахував, що змусили владу накласти обмеження на використання води. Китай є однією з найбільших десаліаційних станцій в бухті Бохай поблизу міста Таншан.

Звичайні методи десалації води є зворотним осмосом - проштовхуючи воду через мембрану, яка пасує солоні частинки, дистиляції - кип'ятіння з подальшою збіркою і охолодженням пари, або електродіалізом - зміна концентрації електролітів в розчині за допомогою електричного струму. Ці методи надзвичайно інтенсивні.

В журналі «екологічна наука і технологія» публікуються роботи інженерів МІТ з незвичайним методом десалації. «Це принципово новий процес сепарації, відрізняється від всіх інших», - сказав Базан. Забезпечує мембранне відділення іонів і молекул води.

При звичайному електродіалізі перегородки виготовляються з напівпроникних мембран в розподільному посуді. Фільтруючі мембрани дозволяють воді через і пасувати більші частинки солі. Ці мембрани розташовуються по черзі і розділяють загальний обсяг на багато порожнин. Постійний електричний струм пропускають через ванну розчином, який встановлює іони розчинених солей в русі.

Відповідно заряджені іони рухаються в протилежних напрямках, але через те, що ванна заповнюється мембранами, які запобігають руху іонів, іон linger на найближчій мембрані, що відповідає їх заряду і залишаються в порожнині між двома мембранами. В результаті між однією парою мембран відбувається збільшення концентрації іонів (це вода заливається в море), а між іншим - зниженням, тобто одержується свіжа вода.



У новому процесі називається ударний електродіаліз, вода протікає через фріт, пористий керамічний матеріал. З двох сторін маса матеріалу обмежена електродами. Досить сильний прямий струм, що протікає між електродами, призводить до того, що ударна хвиля відбувається в струмі, чітко розділяє потік на дві частини - одна з яких протікає надзвичайно солона, а інша - свіжа вода. Залишилося лише розділити потік з простим розділом.

Цей процес не використовує мембрани, нічого не забиває і не вимагає очищення, забезпечуючи постійний потік води через недорогий матеріал для виробництва. На основі ефекту було виявлено кілька років тому вчені зі Стенфордського університету.

Експерти з МІТ стверджують, що процес може використовуватися не тільки для дозування, але і для очищення води. Наприклад, в процесі гідророзриву утворюється багато солоної і хімічно забрудненої води, яка може бути оброблена таким чином. Крім того, за даними вчених, електричний струм, необхідний для організації процесу, досить сильний, щоб вбити бактерії і стерилізувати воду.

Інженери з Іллінойсу, однак, пропонують власний варіант дезалізації води шляхом фільтрації її через мембрану. Тим не менш, їх молібденова дісульфатна мембрана є лише кілька нанометрів товстої. Інженери UIUC стверджують, що їх фільтр набагато ефективніше, ніж звичайні фільтри зворотного осмосу, які вимагають високих енергетичних витрат.

Віддалення води через фільтри зазвичай вимагає багато тиску, а мембрани закупорюють швидко і вимагають очищення або заміни. Але відповідно до інженерів тиск, необхідний до дезалізації води пропорційно товщині мембрани. Багато вчених навіть намагалися використовувати графен для фільтрації води, але зіткнулися з певними проблемами взаємодії з водою.

Інженери з UIUC взяли молібден дісульфід, бо він оточений двома сірчими атомами. В результаті тонка «листка» MoS2 має сірку зовні, а молібден на внутрішній стороні. Якщо ви робите отвір в такому листі, то буде кільце атомів молібдену.



«Перевага фільтра MoS2 полягає в тому, що молібден привертає воду і сірчані відбиття, що забезпечує високу швидкість проходження води через отвір», – каже Мохамад Хайранян, автор дослідження. Ця властивість хімічно вбудовується в MoS2, тому не потрібно бути спеціально підготовленим або модифікованим в будь-який спосіб, на відміну від графена, де така підготовка є дуже складним процесом.

Як ми десалінат? Прогрес не стоїть на місці, а нові технології виявляються дуже швидко. Час розповість про те, що ці ідеї будуть протестовані реальністю. Для підвищення ефективності використовуються різні технології. Головне, що в результаті вони дають багато свіжої води як для питної, так і для їжі – адже основні споживачі свіжої води є фермами.

Джерело: geektimes.ru/post/265754/