Прорыв в опреснении может привести к удешевлению фильтрации воды

Производство чистой воды по более низкой цене может появиться на горизонте после того, как исследователи из Техасского университета в Остине и Пенсильвании решили сложную проблему, которая до сих пор ставила ученых в тупик на протяжении десятилетий.

Опреснительные мембраны удаляют из воды соль и другие химические вещества — процесс, имеющий решающее значение для здоровья общества, очищающий миллиарды галлонов воды для сельского хозяйства, производства энергии и питья. Идея кажется простой — протолкните соленую воду, и чистая вода выйдет с другой стороны, — но она содержит сложные сложности, которые ученые все еще пытаются понять.


Исследовательская группа в сотрудничестве с DuPont Water Solutions разрешила важный аспект этой загадки, открыв путь к снижению затрат на производство чистой воды. Исследователи определили, что опреснительные мембраны несовместимы по плотности и распределению массы, что может сдерживать их работу. Равномерная плотность в наномасштабе является ключом к увеличению количества чистой воды, которую могут создать эти мембраны.

«Мембраны обратного осмоса широко используются для очистки воды, но мы все еще многого о них не знаем», — сказал Маниш Кумар, доцент кафедры гражданского, архитектурного и экологического проектирования в UT Austin, который был одним из руководителей исследование. «Мы не могли точно сказать, как вода проходит через них, поэтому все улучшения за последние 40 лет, по сути, были сделаны в темноте».

Результаты были опубликованы сегодня в Наука.

В документе документируется повышение эффективности протестированных мембран на 30-40%, что означает, что они могут очищать больше воды при значительно меньшем потреблении энергии. Это может привести к расширению доступа к чистой воде и снижению счетов за воду как для отдельных домов, так и для крупных пользователей.

Мембраны обратного осмоса работают, оказывая давление на соленый питательный раствор с одной стороны. Минералы остаются там, пока проходит вода. По словам исследователей, хотя он и более эффективен, чем немембранные процессы опреснения, тем не менее, он требует большого количества энергии, и повышение эффективности мембран может снизить эту нагрузку.

«Управление пресной водой становится важной проблемой во всем мире», — сказал Энрике Гомес, профессор химической инженерии в Пенсильвании, который руководил исследованием. «Нехватка, засухи — ожидается, что с усилением суровых погодных условий эта проблема станет еще более серьезной. Крайне важно иметь чистую воду, особенно в районах с низким уровнем ресурсов».

Национальный научный фонд и компания DuPont, производящая множество опреснительных продуктов, финансировали исследования. Семена были посажены, когда исследователи DuPont обнаружили, что более толстые мембраны реально оказались более проницаемыми. Это стало неожиданностью, т.к. общепринято было считать, что толщина уменьшает количество воды, которое может проходить через мембраны.

Команда, связанная с Dow Water Solutions, которая сейчас является частью DuPont, в 2015 году на «водном саммите», организованном Кумаром, стремилась разгадать эту загадку. Исследовательская группа, в которую также входят исследователи из Университета штата Айова, разработала трехмерные реконструкции наноразмерной структуры мембраны с использованием современных электронных микроскопов в лаборатории характеристик материалов в Пенсильвании. Они смоделировали путь, по которому вода проходит через эти мембраны, чтобы предсказать, насколько эффективно вода может быть очищена на основе структуры. Грег Фосс из Техасского центра передовых вычислений помог визуализировать эти симуляции, и большая часть вычислений была выполнена на суперкомпьютере Stampede2 компании TACC.

Источник истории:

Материалы предоставленный Техасский университет в Остине. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments