Kā ar efektīvu jūras ūdens atsāļošanu? Daudz ūdens par zemu cenu
Piekļuve tīram, drošam dzeramajam ūdenim ir vajadzība, kas diemžēl daudzās pasaules daļās ir vāji apmierināta. Jūras ūdens atsāļošana būtu ļoti noderīga daudzās pasaules daļās, ja, protams, būtu pieejamas metodes, kas būtu pietiekami efektīvas un saprātīgas ekonomijas ietvaros.
Jauna cerība uz izmaksu efektīvu attīstību veidi, kā iegūt svaigu ūdeni, noņemot jūras sāli parādījās pagājušajā gadā, kad pētnieki ziņoja par pētījumu rezultātiem, izmantojot tipa materiālu organometāliskais skelets (MOF) jūras ūdens filtrēšanai. Jaunā metode, ko izstrādājusi Austrālijas Monašas universitātes komanda, prasa ievērojami mazāk enerģijas nekā citām metodēm, sacīja pētnieki.
MOF organometāliskie skeleti ir ļoti poraini materiāli ar lielu virsmas laukumu. Lielas darba virsmas, kas sarullētas mazos apjomos, lieliski noder filtrēšanai, t.i. daļiņu un daļiņu uztveršana šķidrumā (1). Jaunais MOF veids tiek saukts PSP-MIL-53 izmanto, lai aizturētu sāli un piesārņotājus jūras ūdenī. Ievietots ūdenī, tas selektīvi saglabā jonus un piemaisījumus uz virsmas. 30 minūšu laikā MOF spēja samazināt kopējo ūdens izšķīdušo cieto vielu (TDS) daudzumu no 2,233 ppm (ppm) līdz zem 500 ppm. Tas nepārprotami ir zem 600 ppm robežvērtības, ko Pasaules Veselības organizācija ieteikusi drošam dzeramajam ūdenim.
1. Organometāliskās membrānas darbības vizualizācija jūras ūdens atsāļošanas laikā.
Izmantojot šo metodi, pētnieki varēja saražot līdz 139,5 litriem saldūdens uz kilogramu MOF materiāla dienā. Kad MOF tīkls ir “piepildīts” ar daļiņām, to var ātri un viegli iztīrīt atkārtotai izmantošanai. Lai to izdarītu, tas tiek novietots saules gaismā, kas atbrīvo iesprostotos sāļus tikai četrās minūtēs.
“Termiskās iztvaikošanas atsāļošanas procesi ir energoietilpīgi, savukārt citas tehnoloģijas, piemēram, apgrieztā osmoze (2), tiem ir daudz trūkumu, tostarp liels enerģijas un ķīmisko vielu patēriņš membrānas tīrīšanai un dehlorēšanai,” skaidro Huantings Vangs, Monash pētniecības grupas vadītājs. "Saules gaisma ir visizplatītākais un atjaunojamais enerģijas avots uz Zemes. Mūsu jaunais uz adsorbentiem balstīts atsāļošanas process un saules gaismas izmantošana reģenerācijai nodrošina enerģiju taupošu un videi draudzīgu atsāļošanas risinājumu.
2. Osmozes jūras ūdens atsāļošanas sistēma Saūda Arābijā.
No grafēna līdz viedajai ķīmijai
Pēdējos gados ir radušās daudzas jaunas idejas energoefektīva jūras ūdens atsāļošana. "Jaunais tehniķis" rūpīgi uzrauga šo paņēmienu attīstību.
Mēs, cita starpā, rakstījām par ideju par amerikāņiem Ostinas universitātē un vāciešiem Mārburgas universitātē, kas lai izmantotu nelielu mikroshēmu no materiāla, caur kuru plūst niecīga sprieguma (0,3 volti) elektriskā strāva. Sālsūdenī, kas plūst ierīces kanāla iekšpusē, hlora joni tiek daļēji neitralizēti un veidojas elektriskais laukskā ķīmiskajās šūnās. Rezultāts ir tāds, ka sāls plūst vienā virzienā, bet saldūdens otrā virzienā. Notiek izolācija svaigs ūdens.
Britu zinātnieki no Mančestras universitātes Rahula Nairi vadībā 2017. gadā izveidoja sietu uz grafēna bāzes, lai efektīvi noņemtu sāli no jūras ūdens.
Pētījumā, kas publicēts žurnālā Nature Nanotechnology, zinātnieki apgalvoja, ka to varētu izmantot, lai izveidotu atsāļošanas membrānas. grafēna oksīds, nevis grūti atrodama un dārga tīra grafēna vietā. Viena slāņa grafēns ir jāizurbj mazos caurumos, lai tas būtu caurlaidīgs. Ja urbuma izmērs ir lielāks par 1 nm, sāļi brīvi izies cauri, tāpēc urbjamajiem caurumiem jābūt mazākiem. Tajā pašā laikā pētījumi ir parādījuši, ka grafēna oksīda membrānas palielina biezumu un porainību, ja tās iegremdē ūdenī. Ārstu komanda. Nairi parādīja, ka membrānas pārklāšana ar grafēna oksīdu ar papildu epoksīda sveķu slāni palielināja barjeras efektivitāti. Ūdens molekulas var iziet cauri membrānai, bet nātrija hlorīds nevar.
Saūda Arābijas pētnieku grupa ir izstrādājusi ierīci, kas, viņuprāt, spēs efektīvi pārveidot spēkstaciju no ūdens "patērētāja" par "saldūdens ražotāju". Zinātnieki pirms dažiem gadiem publicēja rakstu, kurā tas aprakstīts Nature. jauna saules tehnoloģijakas var atsāļot ūdeni un vienlaikus ražot elektrība.
Izbūvētajā prototipā zinātnieki aizmugurē uzstādīja ūdens veidotāju. saules baterija. Saules gaismā šūna ģenerē elektrību un atbrīvo siltumu. Tā vietā, lai zaudētu šo siltumu atmosfērā, ierīce novirza šo enerģiju uz iekārtu, kas izmanto siltumu kā enerģijas avotu atsāļošanas procesam.
Pētnieki destilētājā ievadīja sālsūdeni un ūdeni, kas satur smago metālu piemaisījumus, piemēram, svinu, varu un magniju. Ierīce pārvērta ūdeni tvaikā, kas pēc tam izgāja caur plastmasas membrānu, kas filtrēja sāli un gružus. Šī procesa rezultāts ir tīrs dzeramais ūdens, kas atbilst Pasaules Veselības organizācijas drošības standartiem. Zinātnieki teica, ka prototips, kura platums ir aptuveni metrs, varētu saražot 1,7 litrus tīra ūdens stundā. Ideāla vieta šādai ierīcei ir sausā vai daļēji sausā klimatā, netālu no ūdens avota.
Guihua Yu, materiālu zinātnieks Ostinas štata universitātē, Teksasā, un viņa komandas biedri ierosināja 2019. efektīvi filtrē jūras ūdens hidrogēlus, polimēru maisījumikas veido porainu, ūdeni absorbējošu struktūru. Yu un viņa kolēģi izveidoja gēla sūkli no diviem polimēriem: viens ir ūdeni saistošs polimērs, ko sauc par polivinilspirtu (PVA), un otrs ir gaismas absorbents, ko sauc par polipirolu (PPy). Viņi sajauca trešo polimēru, ko sauc par hitozānu, kuram ir arī spēcīga pievilcība ūdenim. Zinātnieki žurnālā Science Advances ziņoja, ka viņi ir sasnieguši tīra ūdens ražošanu 3,6 litri stundā uz kvadrātmetru šūnas virsmas, kas ir augstākais jebkad reģistrētais rādītājs un aptuveni divpadsmit reizes labāks par to, ko šodien ražo komerciālās versijās.
Neskatoties uz zinātnieku entuziasmu, nav dzirdēts, ka jaunas īpaši efektīvas un ekonomiskas atsāļošanas metodes, izmantojot jaunus materiālus, atrastu plašāku komerciālu pielietojumu. Kamēr tas nenotiek, esiet uzmanīgi.
