Kaip apie efektyvų jūros vandens gėlinimą? Daug vandens už nedidelę kainą
Prieiga prie švaraus, saugaus geriamojo vandens yra poreikis, kuris, deja, daugelyje pasaulio vietų yra menkai patenkintas. Jūros vandens gėlinimas būtų labai naudingas daugelyje pasaulio regionų, jei, žinoma, būtų prieinami metodai, kurie būtų pakankamai veiksmingi ir neviršytų pagrįstų ekonominių ribų.
Nauja viltis sukurti ekonomišką gėlo vandens gavimo būdai pašalinant jūros druską pasirodė pernai, kai mokslininkai pranešė apie standartinę medžiagą atliktų tyrimų rezultatus organometalinis skeletas (MOF) jūros vandens filtravimui. Naujasis metodas, sukurtas Australijos Monasho universiteto komandos, reikalauja žymiai mažiau energijos nei kiti metodai, teigia mokslininkai.
Metaliniai organiniai skeletai MOF yra labai porėtos medžiagos, turinčios didelį paviršiaus plotą. Dideli darbiniai paviršiai, susukti į mažus tūrius, idealiai tinka filtravimui, t.y. dalelių ir dalelių gaudymas skystyje (1). Naujas MOF tipas vadinamas PSP-MIL-53 naudojamas druskai ir teršalams sulaikyti jūros vandenyje. Įdėjus į vandenį, jis selektyviai sulaiko jonus ir priemaišas savo paviršiuje. Per 30 minučių MOF sugebėjo sumažinti bendrą ištirpusių kietųjų dalelių (TDS) kiekį vandenyje nuo 2,233 milijonų dalių (ppm) iki mažiau nei 500 ppm. Tai aiškiai žemiau Pasaulio sveikatos organizacijos rekomenduojamos 600 ppm saugaus geriamojo vandens slenksčio.
1. Organometalinės membranos veikimo vizualizacija jūros vandens gėlinimo metu.
Naudodami šią techniką, mokslininkai sugebėjo pagaminti iki 139,5 litro gėlo vandens vienam kilogramui MOF medžiagos per dieną. Kai MOF tinklas yra „užpildytas“ dalelių, jį galima greitai ir lengvai išvalyti pakartotiniam naudojimui. Norėdami tai padaryti, jis dedamas į saulės šviesą, kuri išskiria įstrigusias druskas vos per keturias minutes.
„Šiluminio garavimo gėlinimo procesai yra imlūs energijai, o kitos technologijos, pvz atvirkštinė osmozė (2), jie turi daug trūkumų, įskaitant didelį energijos ir cheminių medžiagų suvartojimą membranų valymui ir dechloravimui“, – aiškina Huanting Wang, Monash tyrimų grupės vadovas. „Saulės šviesa yra gausiausias ir atsinaujinantis energijos šaltinis Žemėje. Mūsų naujasis gėlinimo procesas, pagrįstas adsorbentu ir regeneracijai naudojant saulės šviesą, yra energiją taupantis ir aplinkai nekenksmingas gėlinimo sprendimas.
2. Osmoso jūros vandens gėlinimo sistema Saudo Arabijoje.
Nuo grafeno iki išmaniosios chemijos
Pastaraisiais metais atsirado daug naujų idėjų energiją taupantis jūros vandens gėlinimas. „Jaunasis technikas“ atidžiai stebi šių technikų raidą.
Mes, be kita ko, rašėme apie amerikiečių iš Ostino universiteto ir vokiečių iš Marburgo universiteto idėją, kuri naudoti mažą lustą pagamintas iš medžiagos, kuria teka nereikšmingos įtampos (0,3 volto) elektros srovė. Sūriame vandenyje, tekančiame įrenginio kanalo viduje, chloro jonai iš dalies neutralizuojami ir susidaro elektrinis laukaskaip ir cheminėse ląstelėse. Poveikis toks, kad druska teka viena kryptimi, o gėlas vanduo – kita. Atsiranda izoliacija gėlo vandens.
Britų mokslininkai iš Mančesterio universiteto, vadovaujami Rahulo Nairi, 2017 metais sukūrė grafeno pagrindu pagamintą sietą, skirtą veiksmingai pašalinti druską iš jūros vandens.
Žurnale „Nature Nanotechnology“ paskelbtame tyrime mokslininkai teigė, kad jis gali būti naudojamas gėlinimo membranoms kurti. grafeno oksidas, vietoj sunkiai randamo ir brangaus gryno grafeno. Vieno sluoksnio grafenas turi būti išgręžtas į mažas skylutes, kad jis būtų pralaidus. Jei skylės dydis yra didesnis nei 1 nm, druskos laisvai praeis pro skylę, todėl išgręžtos skylės turi būti mažesnės. Tuo pačiu metu tyrimai parodė, kad grafeno oksido membranos, panardintos į vandenį, padidina storį ir poringumą. Gydytojų komanda. Nairi parodė, kad membranos padengimas grafeno oksidu su papildomu epoksidinės dervos sluoksniu pagerina barjero efektyvumą. Vandens molekulės gali praeiti pro membraną, bet natrio chloridas – ne.
Grupė tyrėjų iš Saudo Arabijos sukūrė įrenginį, kuris, jų nuomone, efektyviai pavers elektrinę iš vandens „vartotojos“ į „gėlo vandens gamintoją“. Mokslininkai prieš kelerius metus paskelbė straipsnį, kuriame tai aprašo „Nature“. nauja saulės technologijakurios gali gėlinti vandenį ir tuo pačiu gaminti elektra.
Savo sukurtame prototipe mokslininkai įrengė vandens gamintoją gale. saulės baterija. Saulės šviesoje ląstelė gamina elektros energiją ir gamina šilumą. Užuot praradęs šią šilumą į atmosferą, prietaisas nukreipia šią energiją į įrenginį, kuris naudoja šilumą kaip energijos šaltinį gėlinimo procesui.
Mokslininkai į distiliatorių įvedė sūrų vandenį ir vandenį, kuriame yra sunkiųjų metalų, tokių kaip švinas, varis ir magnis. Įrenginys vandenį pavertė garais, kurie vėliau prasiskverbė per plastikinę membraną, išfiltruodami druską ir šiukšles. Šio proceso rezultatas – švarus geriamasis vanduo, atitinkantis Pasaulio sveikatos organizacijos saugos standartus. Mokslininkų teigimu, maždaug metro pločio prototipas gali pagaminti 1,7 litro švaraus vandens per valandą. Ideali vieta tokiam įrenginiui yra sausas arba pusiau sausas klimatas, šalia vandens šaltinio.
Guihua Yu, medžiagų mokslininkas iš Ostino valstijos universiteto Teksase, ir jo komandos draugai 2019 m. efektyviai filtruoja jūros vandens hidrogelius, polimerų mišiniaikurios sukuria porėtą, vandenį sugeriančią struktūrą. Yu ir jo kolegos sukūrė gelio kempinę iš dviejų polimerų: vieną, kuri suriša vandenį, vadinamą polivinilo alkoholiu (PVA), o kitą - lengvą absorbentą, vadinamą polipiroliu (PPy). Jie sumaišomi su trečiuoju polimeru, vadinamu chitozanu, kuris taip pat stipriai traukia vandenį. Mokslininkai žurnale „Science Advances“ pranešė, kad jiems pavyko pagaminti 3,6 litro per valandą gryno vandens vienam kvadratiniam metrui ląstelės paviršiaus, o tai yra didžiausia kada nors užregistruota vertė ir maždaug dvylika kartų didesnė nei šiandien gaminama komercinėse versijose.
Nepaisant mokslininkų entuziazmo, negirdėti, kad nauji itin efektyvūs ir ekonomiški gėlinimo metodai, naudojant naujas medžiagas, rastų platesnį komercinį pritaikymą. Kol tai neįvyks, būkite atsargūs.
