Nowa technika odsalania również oczyszcza i dezynfekuje wodę

Jedną z najpilniejszych potrzeb świata jest zaopatrzenie ludności w czystą wodę pitną. Na obszarach wiejskich prawie połowa ludności nie ma dostępu do czystej wody, więc wyzwanie jest jasne i aktualne.

Problem polega oczywiście na tym, że większość wody na planecie jest zasolona. Dlatego kluczowym celem jest znalezienie sposobów na odsalanie wody morskiej.

Martin Bazant, postdoc Daosheng Deng i koledzy z Massachusetts Institute of Technology w Cambridge twierdzą, że opracowali nowy sposób odsalania wody, znany jako elektrodializa szokowa, który nie tylko usuwa sól, ale także cząstki stałe i bakterie. Mówią, że elektrodializa uderzeniowa ma potencjał, aby umożliwić tworzenie bardziej zwartych i wydajnych systemów oczyszczania wody.

Jednym z największych problemów z odsalaniem jest jego koszt. Najpopularniejszą metodą jest destylacja wody morskiej w próżni, tak aby jej temperatura wrzenia była niższa niż zwykle. Jest to jednak proces energochłonny i kosztowny. Dlatego inżynierowie nieustannie poszukują tańszych metod.

Najczęstszym z nich jest odwrócona osmoza. Działa to poprzez pompowanie wody przez membranę, która nie przepuszcza jonów sodu lub chloru. Jest to znacznie mniej energochłonne niż tradycyjne metody odsalania, ale jest ograniczone szybkością, z jaką woda może przechodzić przez membranę.

Dlatego w ostatnich latach inżynierowie zaczęli badać proces zwany elektrodializą. Działa to w odwrotny sposób, umożliwiając przechodzenie jonów sodu i chloru przez membranę w obecności pola elektrycznego, pozostawiając oczyszczoną wodę po drugiej stronie.

Ponieważ przez membranę przechodzą tylko jony, a nie cząsteczki wody, szybkość odsalania jest znacznie wyższa niż w przypadku odwróconej osmozy.

Ale jest problem z elektrodializą. Chociaż usuwa sól z wody, nie usuwa innych zanieczyszczeń, takich jak brud i bakterie. Wymaga więc dodatkowych etapów filtracji i dezynfekcji, aby woda stała się zdatna do picia.

Teraz Bazant, Deng i wsp. twierdzą, że znaleźli sposób na jednoetapową produkcję czystej wody pitnej za pomocą elektrodializy. Kluczem jest umieszczenie warstwy porowatego materiału blisko katody, która następnie działa jak filtr i usuwa wszystko, co nie może przejść przez mikropory.

Porowaty materiał, o którym mowa, to dopasowane szkło, które jest wytwarzane przez spiekanie razem cząstek szkła w celu utworzenia porowatego ciała stałego. Rozmiar porów wynosi około 0,5 mikrometra, więc nic większe, takie jak cząsteczki brudu, nie może przejść.

Jednak bakterie wydają się być mniejsze. Ale Bazant i wsp. pokazują, że one również nie przechodzą przez materiał, prawdopodobnie dlatego, że zostają uwięzione lub ponieważ są niszczone przez silne pola elektryczne w pobliżu katody. Udało nam się zabić lub usunąć około 99% żywotnych i Coli Mówią, że bakterie obecne w wodzie zasilającej po przepływie przez urządzenie do elektrodializy szokowej przy przyłożonym napięciu.

Tak czy inaczej, wyjście z nowego urządzenia to oczyszczona woda z niewielką ilością pierwotnych zanieczyszczeń, jeśli nie.

To przydatna maszyna. Wszystko, co może odsalać wodę, jednocześnie filtrując ją i dezynfekując, warte jest dalszych badań. Bazant i współpracownicy sugerują, że może to być przydatne w inżynierii chemicznej.

Większym pytaniem jest oczywiście to, czy takie urządzenie mogłoby w opłacalny sposób oczyszczać wodę na większą skalę dla tych, którzy jej najbardziej potrzebują. Oznaczałoby to na przykład wykorzystanie energii fotowoltaicznej i wytwarzanie niezawodnych przepływów przez dłuższy czas.

To zupełnie inne wyzwanie. Przekształcenie laboratoryjnego prototypu w praktyczną, niezawodną maszynę jest równie trudne. Ale biorąc pod uwagę stawkę, życie milionów ludzi, z pewnością warto dążyć.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1402.0058 : Oczyszczanie wody za pomocą elektrodializy szokowej: dejonizacja, filtracja, separacja i dezynfekcja

ukryć