Čo tak efektívne odsoľovanie morskej vody? Veľa vody za nízku cenu
Prístup k čistej a bezpečnej pitnej vode je potreba, ktorá sa bohužiaľ v mnohých častiach sveta neuspokojuje. Odsoľovanie morskej vody by bolo veľkou pomocou v mnohých regiónoch sveta, ak by, samozrejme, boli dostupné metódy, ktoré by boli primerane účinné a v rámci rozumnej ekonomiky.
Nová nádej pre rozvoj nákladovo efektívne spôsoby získania sladkej vody odstránením morskej soli sa objavil minulý rok, keď výskumníci informovali o výsledkoch štúdií s použitím typového materiálu organokovová kostra (MOF) na filtráciu morskej vody. Nová metóda, ktorú vyvinul tím z austrálskej Monash University, vyžaduje podstatne menej energie ako iné metódy, uviedli vedci.
MOF organokovové skelety sú vysoko porézne materiály s veľkým povrchom. Veľké pracovné plochy zrolované do malých objemov sú skvelé na filtráciu, t.j. zachytávanie častíc a častíc v kvapaline (1). Nový typ MOF je tzv PSP-MIL-53 používa sa na zachytávanie soli a znečisťujúcich látok v morskej vode. Umiestnený vo vode selektívne zadržiava ióny a nečistoty na svojom povrchu. V priebehu 30 minút bol MOF schopný znížiť celkové množstvo rozpustených pevných látok (TDS) vo vode z 2,233 ppm (ppm) pod 500 ppm. To je jasne pod hranicou 600 ppm odporúčanou Svetovou zdravotníckou organizáciou pre bezpečnú pitnú vodu.
1. Vizualizácia činnosti organokovovej membrány pri odsoľovaní morskej vody.
Pomocou tejto techniky boli vedci schopní vyrobiť až 139,5 litra sladkej vody na kilogram materiálu MOF za deň. Akonáhle je sieť MOF „naplnená“ časticami, možno ju rýchlo a jednoducho vyčistiť na opätovné použitie. Za týmto účelom sa umiestni na slnečné svetlo, ktoré uvoľní zachytené soli už za štyri minúty.
„Procesy tepelného odparovacieho odsoľovania sú energeticky náročné, kým iné technológie ako napr reverzná osmóza (2), majú mnoho nevýhod, vrátane vysokej spotreby energie a chemikálií na čistenie membrán a dechloráciu,“ vysvetľuje Huanting Wang, vedúci výskumného tímu v Monash. „Slnečné svetlo je najhojnejším a obnoviteľným zdrojom energie na Zemi. Náš nový proces odsoľovania na báze adsorbentov a využitie slnečného žiarenia na regeneráciu poskytujú energeticky úsporné a ekologické riešenie odsoľovania.
2. Osmózny systém odsoľovania morskej vody v Saudskej Arábii.
Od grafénu k inteligentnej chémii
V posledných rokoch sa objavilo veľa nových nápadov energeticky účinné odsoľovanie morskej vody. „Mladý technik“ pozorne sleduje vývoj týchto techník.
Písali sme okrem iného o nápade Američanov na Austin University a Nemcov na Marburg University, ktorí použiť malý čip z materiálu, ktorým preteká elektrický prúd zanedbateľného napätia (0,3 voltu). V slanej vode prúdiacej vo vnútri kanála zariadenia sa ióny chlóru čiastočne neutralizujú a tvoria elektrické poleako v chemických bunkách. Výsledkom je, že soľ prúdi jedným smerom a čerstvá voda druhým. Dochádza k izolácii sladká voda.
Britskí vedci z Univerzity v Manchestri pod vedením Rahula Nairiho vytvorili v roku 2017 sito na báze grafénu na efektívne odstránenie soli z morskej vody.
V štúdii publikovanej v časopise Nature Nanotechnology vedci tvrdili, že by sa dala použiť na vytvorenie odsoľovacích membrán. oxid grafénu, namiesto ťažko dostupného a drahého čistého grafénu. Jednovrstvový grafén je potrebné navŕtať do malých otvorov, aby bol priepustný. Ak je veľkosť otvoru väčšia ako 1 nm, soli voľne prechádzajú cez otvor, takže otvory, ktoré sa majú vŕtať, musia byť menšie. Štúdie zároveň ukázali, že membrány z oxidu grafénu zväčšujú hrúbku a pórovitosť, keď sú ponorené do vody. Lekársky tím. Nairi ukázal, že potiahnutie membrány oxidom grafénu ďalšou vrstvou epoxidovej živice zvýšilo účinnosť bariéry. Molekuly vody môžu prechádzať cez membránu, ale chlorid sodný nie.
Skupina saudskoarabských výskumníkov vyvinula zariadenie, o ktorom verí, že efektívne premení elektráreň zo „spotrebiteľa“ vody na „výrobcu sladkej vody“. Vedci pred niekoľkými rokmi zverejnili článok, ktorý to popisuje v časopise Nature. nová solárna technológiaktorý dokáže odsoľovať vodu a zároveň produkovať elektrina.
V postavenom prototype vedci nainštalovali do zadnej časti zariadenie na výrobu vody. solárna batéria. Pri slnečnom svetle bunka generuje elektrinu a uvoľňuje teplo. Namiesto straty tohto tepla do atmosféry zariadenie nasmeruje túto energiu do zariadenia, ktoré využíva teplo ako zdroj energie pre proces odsoľovania.
Výskumníci do destilátora zaviedli slanú vodu a vodu obsahujúcu nečistoty z ťažkých kovov, ako je olovo, meď a horčík. Zariadenie premenilo vodu na paru, ktorá potom prešla plastovou membránou, ktorá odfiltrovala soľ a nečistoty. Výsledkom tohto procesu je čistá pitná voda, ktorá spĺňa bezpečnostné normy Svetovej zdravotníckej organizácie. Vedci uviedli, že prototyp, široký asi meter, dokáže vyprodukovať 1,7 litra čistej vody za hodinu. Ideálne miesto pre takéto zariadenie je v suchom alebo polosuchom podnebí, v blízkosti vodného zdroja.
Guihua Yu, materiálový vedec na Austin State University v Texase, a jeho spoluhráči navrhli v roku 2019 účinne filtruje hydrogély morskej vody, polymérne zmesiktoré vytvárajú poréznu, vodu absorbujúcu štruktúru. Yu a kolegovia vytvorili gélovú špongiu z dvoch polymérov: jeden je polymér viažuci vodu nazývaný polyvinylalkohol (PVA) a druhý je absorbent svetla nazývaný polypyrol (PPy). Zmiešali tretí polymér nazývaný chitosan, ktorý má tiež silnú príťažlivosť pre vodu. Vedci v časopise Science Advances uviedli, že dosiahli produkciu čistej vody 3,6 litra za hodinu na meter štvorcový bunkového povrchu, čo je najviac zaznamenané a asi dvanásťkrát lepšie ako to, čo sa dnes vyrába v komerčných verziách.
Napriek nadšeniu vedcov nie je počuť, že nové ultra efektívne a ekonomické spôsoby odsoľovania s použitím nových materiálov nájdu širšie komerčné uplatnenie. Kým sa tak nestane, buďte opatrní.
