Bagaimana pula dengan penyahgaraman air laut yang cekap? Air yang banyak dengan harga yang rendah

Akses kepada air minuman yang bersih dan selamat adalah keperluan yang malangnya kurang dipenuhi di banyak bahagian dunia. Penyahgaraman air laut akan sangat membantu di banyak wilayah di dunia, jika, sudah tentu, kaedah tersedia yang cukup cekap dan dalam ekonomi yang munasabah.

Harapan baru untuk pembangunan kos efektif cara mendapatkan air tawar dengan membuang garam laut muncul tahun lepas apabila penyelidik melaporkan hasil kajian menggunakan bahan jenis rangka organologam (MOF) untuk penapisan air laut. Kaedah baru, yang dibangunkan oleh pasukan di Universiti Monash Australia, memerlukan tenaga yang jauh lebih sedikit daripada kaedah lain, kata para penyelidik.

Rangka organologam MOF adalah bahan yang sangat berliang dengan luas permukaan yang besar. Permukaan kerja besar yang digulung ke dalam volum kecil adalah bagus untuk penapisan, i.e. menangkap zarah dan zarah dalam cecair (1). MOF jenis baharu dipanggil PSP-MIL-53 digunakan untuk memerangkap garam dan bahan pencemar dalam air laut. Diletakkan di dalam air, ia secara selektif mengekalkan ion dan kekotoran pada permukaannya. Dalam masa 30 minit, MOF dapat mengurangkan jumlah pepejal terlarut (TDS) air daripada 2,233 ppm (ppm) kepada di bawah 500 ppm. Ini jelas di bawah ambang 600 ppm yang disyorkan oleh Pertubuhan Kesihatan Sedunia untuk air minuman yang selamat.

1. Visualisasi operasi membran organologam semasa penyahgaraman air laut.

Dengan menggunakan teknik ini, penyelidik mampu menghasilkan sehingga 139,5 liter air tawar bagi setiap kilogram bahan MOF sehari. Setelah rangkaian MOF "diisi" dengan zarah, ia boleh dibersihkan dengan cepat dan mudah untuk digunakan semula. Untuk melakukan ini, ia diletakkan di bawah sinar matahari, yang melepaskan garam yang terperangkap dalam masa empat minit sahaja.

“Proses penyahgaraman penyejatan terma adalah intensif tenaga, manakala teknologi lain seperti osmosis terbalik (2), mereka mempunyai banyak kelemahan, termasuk penggunaan tenaga dan bahan kimia yang tinggi untuk pembersihan membran dan penyahklorinan,” jelas Huanting Wang, ketua pasukan penyelidik di Monash. “Cahaya matahari adalah sumber tenaga yang paling banyak dan boleh diperbaharui di Bumi. Proses penyahgaraman berasaskan penjerap baharu kami dan penggunaan cahaya matahari untuk penjanaan semula menyediakan penyelesaian penyahgaraman yang menjimatkan tenaga dan mesra alam.”

2. Sistem penyahgaraman air laut osmosis di Arab Saudi.

Daripada graphene kepada kimia pintar

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, banyak idea baru telah muncul untuk penyahgaraman air laut yang cekap tenaga. "Juruteknik Muda" memantau perkembangan teknik ini dengan teliti.

Kami menulis, antara lain, tentang idea orang Amerika di Universiti Austin dan orang Jerman di Universiti Marburg, yang untuk menggunakan cip kecil daripada bahan yang melaluinya arus elektrik voltan boleh diabaikan (0,3 volt) mengalir. Dalam air masin yang mengalir di dalam saluran peranti, ion klorin sebahagiannya dinetralkan dan terbentuk medan elektrikseperti dalam sel kimia. Kesannya ialah garam mengalir ke satu arah dan air tawar ke arah yang lain. Pengasingan berlaku air tawar.

Para saintis British dari Universiti Manchester, yang diketuai oleh Rahul Nairi, mencipta penapis berasaskan graphene pada 2017 untuk mengeluarkan garam dari air laut dengan berkesan.

Dalam kajian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Nanotechnology, saintis berpendapat bahawa ia boleh digunakan untuk mencipta membran penyahgaraman. graphene oksida, bukannya graphene tulen yang sukar ditemui dan mahal. Grafena lapisan tunggal perlu digerudi ke dalam lubang kecil untuk menjadikannya telap. Jika saiz lubang lebih besar daripada 1 nm, garam akan bebas melalui lubang, jadi lubang yang akan digerudi mestilah lebih kecil. Pada masa yang sama, kajian telah menunjukkan bahawa membran graphene oksida meningkatkan ketebalan dan keliangan apabila direndam dalam air. Pasukan doktor. Nairi menunjukkan bahawa menyalut membran dengan graphene oksida dengan lapisan tambahan resin epoksi meningkatkan keberkesanan penghalang. Molekul air boleh melalui membran, tetapi natrium klorida tidak boleh.

Sekumpulan penyelidik Arab Saudi telah membangunkan peranti yang mereka percaya akan berkesan mengubah loji kuasa daripada "pengguna" air kepada "pengeluar air tawar". Para saintis menerbitkan makalah yang menerangkan ini dalam Alam beberapa tahun yang lalu. teknologi solar baharuyang boleh menyahsinasi air dan menghasilkan pada masa yang sama elektrik.

Dalam prototaip yang dibina, saintis memasang pembuat air di bahagian belakang. bateri solar. Dalam cahaya matahari, sel menjana elektrik dan membebaskan haba. Daripada kehilangan haba ini ke atmosfera, peranti mengarahkan tenaga ini ke tumbuhan yang menggunakan haba sebagai sumber tenaga untuk proses penyahgaraman.

Para penyelidik memperkenalkan air masin dan air yang mengandungi kekotoran logam berat seperti plumbum, kuprum dan magnesium ke dalam penyuling. Peranti menukar air menjadi wap, yang kemudiannya melalui membran plastik yang menapis garam dan serpihan. Hasil daripada proses ini adalah air minuman tulen yang memenuhi piawaian keselamatan Pertubuhan Kesihatan Sedunia. Para saintis berkata prototaip itu, kira-kira satu meter lebar, boleh menghasilkan 1,7 liter air bersih sejam. Tempat yang sesuai untuk peranti sedemikian adalah dalam iklim kering atau separa kering, berhampiran sumber air.

Guihua Yu, seorang saintis bahan di Austin State University, Texas, dan rakan sepasukannya mencadangkan pada 2019 menapis hidrogel air laut dengan berkesan, campuran polimeryang mencipta struktur berliang, menyerap air. Yu dan rakan-rakannya mencipta span gel daripada dua polimer: satu ialah polimer pengikat air yang dipanggil polivinil alkohol (PVA) dan satu lagi ialah penyerap cahaya yang dipanggil polypyrrole (PPy). Mereka mengadun polimer ketiga yang dipanggil kitosan, yang juga mempunyai daya tarikan yang kuat terhadap air. Para saintis melaporkan dalam Science Advances bahawa mereka telah mencapai pengeluaran air tulen sebanyak 3,6 liter sejam bagi setiap meter persegi permukaan sel, yang merupakan yang tertinggi pernah direkodkan dan kira-kira dua belas kali lebih baik daripada apa yang dihasilkan hari ini dalam versi komersial. .

Walaupun keghairahan para saintis, tidak kedengaran bahawa kaedah penyahgaraman ultra-cekap dan ekonomik baharu menggunakan bahan baharu akan menemui aplikasi komersial yang lebih luas. Sehingga itu berlaku, berhati-hati.