Odsalanie stało się prostsze

Dostęp do wody pitnej jest codziennym wyzwaniem dla ponad miliarda ludzi na świecie. Odsalanie może pomóc w złagodzeniu takich populacji dotkniętych brakiem wody poprzez filtrowanie soli z obfitej wody morskiej, a na całym świecie istnieje ponad 7000 zakładów odsalania, z których 250 działa w samych Stanach Zjednoczonych. Jednak membrany używane przez te rośliny do odfiltrowywania soli mają tendencję do rozpadu, gdy są wystawione na działanie podstawowego składnika w procesie: chloru.

Usprawnienie odsalania: Badacz Ho Bum Park posiada dwie próbki odpornej na chlor membrany do odsalania. Ta po lewej ma grubość jednej dziesiątej mikrometra i jest wykonana z porowatego podłoża z cienką powłoką membrany. Niebieska membrana ma grubość około 50 mikrometrów.

Teraz naukowcy z University of Texas w Austin (UT Austin) i Virginia Polytechnic Institute zaprojektowali membranę odporną na chlor, która filtruje sól tak samo dobrze, jak wiele membran komercyjnych. Naukowcy twierdzą, że taka membrana wyeliminowałaby kosztowne etapy procesu odsalania i ostatecznie zostałaby wykorzystana do odfiltrowania soli z wody morskiej. Wyniki ich badań pojawiają się w najnowszym numerze czasopisma Chemia stosowana .

Większość zakładów odsalania używa dziś membran poliamidowych do skutecznego oddzielania soli od wody morskiej. Ponieważ woda morska zawiera wiele organizmów, które mogą tworzyć grubą warstwę na membranach i zatykać filtr, rośliny używają chloru do dezynfekcji wpływającej wody, zanim zostanie ona przesłana przez membrany. Problem polega na tym, że te membrany ulegają degradacji po ciągłej ekspozycji na chlor. Przemysł odsalania dodał więc kolejny krok, szybko odchlorowując wodę po obróbce chlorem i przed przepuszczeniem jej przez membranę. Po odsalaniu wody ponownie dodaje się chlor, zanim woda trafi do źródła wody pitnej.

Benny Freeman , profesor inżynierii chemicznej na UT Austin, mówi, że membrana tolerująca chlor może znacznie usprawnić proces odsalania. Freeman i James McGrath , profesor chemii w Virginia Polytechnic Institute, zaprojektował membranę filtrującą wodę, która jest odporna na wielokrotne narażenie na chlor.

Nowa membrana jest wykonana z polisulfonu, termoplastu zawierającego siarkę, który jest wysoce odporny na chlor. Wcześniejsi badacze próbowali zaprojektować membrany odporne na chlor przy użyciu polisulfonu, ale było to utrudnione, ponieważ materiał jest wyjątkowo hydrofobowy i nie przepuszcza łatwo wody. Naukowcy próbowali chemicznie zmienić skład polimeru, dodając związki hydrofilowe lub przyciągające wodę. Jednak czas jest wszystkim, a Freeman mówi, że kiedy naukowcy dodają takie związki po zsyntetyzowaniu polimeru, w końcu łamie się kręgosłup łańcucha polimeru… do punktu, w którym nie jest to przydatne.

Zamiast tego Freeman i McGrath dodali dwie hydrofilowe, naładowane grupy kwasu sulfonowego podczas procesu polimeryzacji i odkryli, że są w stanie zsyntetyzować trwały i odtwarzalny polimer. Następnie przeprowadzili szereg eksperymentów, aby ocenić zdolność materiału do tolerowania chloru i odfiltrowywania soli w porównaniu z membranami komercyjnymi.

Najpierw zespół przeprowadził testy przepuszczalności soli, mierząc ilość soli przechodzącej przez membranę w określonym czasie. Im mniej soli znajduje się w przefiltrowanej wodzie, tym lepiej. Freeman i McGrath odkryli, że nowa membrana działała tak samo dobrze, jak wiele komercyjnych membran w filtrowaniu wody o niskiej lub średniej zawartości soli. W przypadku bardziej słonych próbek porównywalnych z wodą morską membrana zespołu była nieco mniej przepuszczalna.

Mamy materiały, które są dziś konkurencyjne w stosunku do istniejącej nanofiltracji i niektórych membran do wody słonawej, mówi Freeman. Teraz naciskamy na chemię, aby wejść głębiej w obszar wody morskiej, który jest znaczącym rynkiem, do którego chcielibyśmy uzyskać dostęp.

Naukowcy przetestowali również wrażliwość polimeru na chlor. Odkryli, że po ekspozycji na stężone roztwory chloru przez ponad 35 godzin, nowa membrana uległa niewielkim zmianom w składzie w porównaniu z komercyjnymi membranami poliamidowymi, które zostały zjedzone przez chlor.

Obecnie Freeman i jego koledzy dalej manipulują kompozycją polimerową, próbując dostroić różne właściwości, w nadziei na zaprojektowanie bardziej selektywnej i odpornej na chlor membrany. Prowadzą również rozmowy z wiodącym producentem membran odsalających, których celem jest wprowadzenie nowej membrany na rynek.

Te membrany mogą stanowić rozsądną drogę do komercjalizacji, mówi Freeman. Jeśli odniesiemy sukces, będziemy mieli możliwość wykonania tych membran na tym samym sprzęcie, którego używają dzisiaj ludzie.

Eric Hoek , adiunkt inżynierii lądowej i środowiskowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles, pracuje nad inżynierią nowych membran odsalających w California Nanosystems Institute. Mówi, że odporna na chlor membrana opracowana przez zespół Freemana może być obiecującą alternatywą dla dzisiejszych odpowiedników przemysłowych.

Ta praca jest jednym z najbardziej innowacyjnych i interesujących badań nad materiałami membranowymi w ostatniej dekadzie, mówi Hoek. Chociaż tolerancja na chlor wykazywana przez te membrany jest imponująca, podstawowa wydajność separacji nie jest jeszcze taka, jaka powinna być, aby te materiały były reklamowane jako natychmiastowe zamienniki komercyjnej technologii membranowej do wody morskiej.

ukryć