Co powiesz na skuteczne odsalanie wody morskiej? Dużo wody w niskiej cenie
Dostęp do czystej i bezpiecznej wody pitnej to potrzeba, która niestety w wielu częściach świata jest słabo zaspokajana. Odsalanie wody morskiej byłoby bardzo pomocne w wielu regionach świata, gdyby oczywiście dostępne były metody, które byłyby odpowiednio skuteczne i mieściły się w rozsądnych granicach ekonomicznych.
Nowa nadzieja na opłacalny rozwój metody pozyskiwania świeżej wody poprzez usuwanie soli morskiej pojawił się w zeszłym roku, kiedy naukowcy opublikowali wyniki badań z wykorzystaniem standardowego materiału szkielet metaloorganiczny (MOF) do filtracji wody morskiej. Naukowcy twierdzą, że nowa metoda, opracowana przez zespół z australijskiego Uniwersytetu Monash, wymaga znacznie mniej energii niż inne metody.
Metalowo-organiczne szkielety MOF są materiałami silnie porowatymi o dużej powierzchni. Duże powierzchnie robocze zwinięte w małe objętości idealnie nadają się do filtracji, tj. wychwytywanie cząstek i cząstek w cieczy (1). Nazywa się nowy typ MOF PSP-MIL-53 służy do wychwytywania soli i zanieczyszczeń w wodzie morskiej. Umieszczony w wodzie selektywnie zatrzymuje jony i zanieczyszczenia na swojej powierzchni. W ciągu 30 minut MOF był w stanie zredukować całkowitą zawartość rozpuszczonych substancji stałych (TDS) w wodzie z 2,233 części na milion (ppm) do poniżej 500 ppm. Jest to wyraźnie poniżej progu 600 ppm zalecanego przez Światową Organizację Zdrowia dla bezpiecznej wody pitnej.
1. Wizualizacja pracy membrany metaloorganicznej podczas odsalania wody morskiej.
Stosując tę technikę, badacze byli w stanie wyprodukować do 139,5 litrów świeżej wody na kilogram materiału MOF dziennie. Gdy sieć MOF zostanie „wypełniona” cząsteczkami, można ją szybko i łatwo oczyścić w celu ponownego użycia. W tym celu umieszcza się go na słońcu, które uwalnia uwięzione sole w ciągu zaledwie czterech minut.
„Procesy odsalania termoparowego są energochłonne, podczas gdy inne technologie, takie jak odwrócona osmoza (2) mają wiele wad, w tym duże zużycie energii i środków chemicznych do czyszczenia i odchlorowania membran” – wyjaśnia Huanting Wang, kierownik grupy badawczej w Monash. „Światło słoneczne jest najobficiej występującym i odnawialnym źródłem energii na Ziemi. Nasz nowy proces odsalania, oparty na adsorbencie i wykorzystujący do regeneracji światło słoneczne, zapewnia energooszczędne i przyjazne dla środowiska rozwiązanie odsalania.
2. System odsalania wody morskiej metodą osmozy w Arabii Saudyjskiej.
Od grafenu po inteligentną chemię
W ostatnich latach pojawiło się wiele nowych pomysłów energooszczędne odsalanie wody morskiej. „Młody Technik” uważnie śledzi rozwój tych technik.
O pomyśle Amerykanów z Uniwersytetu w Austin i Niemców z Uniwersytetu w Marburgu pisaliśmy m.in. używać małego chipa wykonane z materiału, przez który przepływa prąd elektryczny o znikomym napięciu (0,3 V). W słonej wodzie przepływającej wewnątrz kanału urządzenia jony chloru ulegają częściowej neutralizacji i tworzą się pole elektrycznejak w ogniwach chemicznych. Efekt jest taki, że sól przepływa w jednym kierunku, a słodka woda w drugim. Następuje izolacja świeża woda.
Brytyjscy naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze, pod kierunkiem Rahula Nairiego, w 2017 roku stworzyli sito na bazie grafenu, które skutecznie usuwa sól z wody morskiej.
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature Nanotechnology naukowcy argumentowali, że można go wykorzystać do tworzenia membran odsalających. tlenek grafenuzamiast trudno dostępnego i drogiego czystego grafenu. W jednowarstwowym grafenie należy wywiercić małe otwory, aby stał się przepuszczalny. Jeśli rozmiar otworu jest większy niż 1 nm, sole będą swobodnie przechodzić przez otwór, dlatego wywiercone otwory muszą być mniejsze. Jednocześnie badania wykazały, że membrany tlenku grafenu zwiększają grubość i porowatość po zanurzeniu w wodzie. Zespół lekarza. Nairi wykazał, że pokrycie membrany tlenkiem grafenu dodatkową warstwą żywicy epoksydowej poprawia skuteczność bariery. Cząsteczki wody mogą przejść przez membranę, ale chlorek sodu nie.
Grupa badaczy z Arabii Saudyjskiej opracowała urządzenie, które ich zdaniem skutecznie przekształci elektrownię z „odbiorcy” wody w „producenta świeżej wody”. Naukowcy opublikowali opisujący to artykuł w czasopiśmie Nature kilka lat temu. nowa technologia solarnaktóry może odsalać wodę i jednocześnie produkować elektryczność.
W zbudowanym przez siebie prototypie naukowcy zainstalowali z tyłu pojazd wodny. bateria słoneczna. W świetle słonecznym ogniwo wytwarza prąd i wytwarza ciepło. Zamiast oddawać to ciepło do atmosfery, urządzenie kieruje tę energię do instalacji, która wykorzystuje ciepło jako źródło energii do procesu odsalania.
Do gorzelni badacze wprowadzili wodę słoną oraz wodę zawierającą metale ciężkie, takie jak ołów, miedź i magnez. Urządzenie zamieniało wodę w parę, która następnie przechodziła przez plastikową membranę, odfiltrowując sól i zanieczyszczenia. Efektem tego procesu jest czysta woda pitna, spełniająca standardy bezpieczeństwa Światowej Organizacji Zdrowia. Naukowcy twierdzą, że prototyp o szerokości około metra może wyprodukować 1,7 litra czystej wody na godzinę. Idealnym miejscem dla takiego urządzenia jest klimat suchy lub półsuchy, w pobliżu źródła wody.
Guihua Yu, materiałoznawca z Austin State University w Teksasie i jego koledzy z zespołu w 2019 r. skutecznie filtrujący hydrożele wody morskiej, mieszaniny polimerówktóre tworzą porowatą, pochłaniającą wodę strukturę. Yu i jego współpracownicy stworzyli gąbkę żelową z dwóch polimerów: jednego wiążącego wodę, zwanego alkoholem poliwinylowym (PVA), i drugiego, lekkiego absorbentu zwanego polipirolem (PPy). Dodali trzeci polimer zwany chitozanem, który również silnie przyciąga wodę. Naukowcy podali w Science Advances, że osiągnęli produkcję czystej wody na poziomie 3,6 litra na godzinę na metr kwadratowy powierzchni komórki, co jest najwyższą wartością, jaką kiedykolwiek zarejestrowano i około dwunastokrotnie większą niż produkcja dzisiejszej wersji komercyjnej.
Pomimo entuzjazmu naukowców nie słychać, aby nowe, ultrawydajne i opłacalne metody odsalania z wykorzystaniem nowych materiałów znalazły szersze zastosowanie komercyjne. Dopóki to się nie stanie, bądź ostrożny.
