Зроблено прорив у технології опріснення солоної води

Опріснення морської води для безпечного вживання означає подолання ряду наукових завдань, включаючи оптимізацію мембрани, яка використовується для процесу опріснення, – а нові дослідження цих мембран обіцяють зробити всю операцію дешевшою та доступнішою в майбутньому.

Вчені придумали спосіб потенційно зробити мембрани на 30-40 відсотків ефективнішими з точки зору енергії, необхідної для фільтрування води. Ключ до їх підходу полягає в щільності мембран на нанорозмірному рівні.

У новому дослідженні команда окреслює, що підтримка консистенції щільності мембран є більш важливим, ніж тонкість самої мембрани. Це може вдосконалити техніку очищення води, відому як зворотний осмос , коли мінерали вловлюються і видаляються мембраною за допомогою тиску.

“Мембрани зворотного осмосу широко використовуються для очищення води, але ми ще багато чого не знаємо про них”, – каже інженер з охорони навколишнього середовища Маніш Кумар  з Техаського університету в Остіні.

“Ми не могли сказати, як вода рухається через них, тому всі вдосконалення за останні 40 років були зроблені по суті”.

Щоб отримати більш чіткий погляд на ці мембрани, Кумар та його колеги застосували мультимодальну електронну мікроскопію – поєднуючи аналіз хімічного складу з 3D-відображенням на нанорозмірному рівні – для моделювання ефективності очищення води.

Дослідження було спонукано спостереженням, що товстіші мембрани часто краще виконують роботу з опріснення, що інтуїтивно говорить про якусь нестиковку, враховуючи, що воді важче проштовхувати більше матеріалу.

Моделювання показало, що невідповідність та «мертві зони» мембрани відігравали більшу роль, ніж товщина.

Дотримуйтесь рівномірного розподілу щільності мембран, і більше води можна очищати з меншою кількістю енергії, пропонують дослідники – це економить гроші як для великих корпорацій, так і для дрібних споживачів, а також забезпечує більший доступ до технології.

“У фільтраційних мембранах це виглядає рівномірним, але справа не в наномасштабі, а в тому як ви контролюєте процес, і розподіл маси є справді важливим для ефективної фільтрації води”.

Виробництво прісної води життєво важливо не тільки для охорони здоров’я населення, але й для використання в сільському господарстві та для виробництва енергії. Щороку очищаються мільярди тонн води, тому підвищення ефективності на 30-40 відсотків може мати величезне значення.

Можливість картографувати мембрани з такою невеликою роздільною здатністю – у цьому менше половини діаметра ланцюга ДНК – означає, що вчені тепер набагато краще розуміють, що робить мембрану кращою при зворотному осмосі. Це, в свою чергу, має забезпечити подальші дослідження щодо підвищення ефективності.

Існує безліч способів очищення солоної води, щоб використовувати її для інших цілей, але мембранний підхід вже є одним з найбільш ефективних. Зараз дослідники розглядають шляхи подальшого вдосконалення та адаптації для конкретного використання.

“Управління прісною водою стає вирішальним викликом у всьому світі”, – говорить Гомес. “Нестача, посуха та збільшення суворих погодних умов зробить цю проблему ще більш значною”.

“Надзвичайно важливо мати чисту воду, особливо в районах з низьким рівнем ресурсів”.