Тенденції

Глобальна проблема нестачі води: вирішення вже близько?

Автор: Лис 21,2015  0

Практично одночасно інженери з Массачусетського технологічного інституту (MIT) і університету Іллінойса в Урбан-Шампейні (UIUC) запропонували нові способи опріснення солоної води. Метод MIT заснований на ударних хвилях, а UIUC використовували для розділення солі від води пористий матеріал нанотовщини

Якщо в крані немає води

Споживання води у світі постійно зростає. В деяких густонаселених регіонах планети її починає не вистачати. Проблема браку прісної води вже не є прерогативою африканських пустель. Незважаючи на те, що Світовий океан покриває 70% поверхні нашої планети, питної води на ній вкрай мало.

У Каліфорнії через трирічну посуху недорахувалися приблизно річної норми опадів, через що владі довелося ввести обмеження на використання води. У Китаї будують одну з найбільших станцій з опріснення води в Бохайській затоці поруч з містом Таншань.

Звичайними способами опріснення води є зворотний осмос – впроштовхування води через мембрану, що затримує частинки солі, перегонка – кип’ятіння з наступним збором і охолодженням пари, або електродіаліз – зміні концентрації електролітів у розчині за допомогою електричного струму. Однак ці способі доволі енергозатратні

Опріснення шоком

Робота інженерів MIT з незвичайним методом опріснення під керівництвом професора Мартіна Базанта опублікована в журналі Environmental Science and Technology.

«Це фундаментально новий процес поділу, що відрізняється від всіх інших, – стверджує Базант. – Він забезпечує безмембранних поділ іонів і молекул води ».

При звичайному електродіалізі в посудині для розділення роблять перегородки з напівпроникаючих мембран. Фільтруючі мембрани пропускають воду і затримують більші частинки солі. Ці мембрани розташовані почергово і розділяють загальний обсяг на безліч порожнин. Через ванну з розчином пропускають постійний електричний струм, який призводить іони розчинених солей в рух.

Протилежно заряджені іони рухаються в протилежні сторони, але через те, що ванна заповнена мембранами, іони затримуються на найближчій мембрані, і залишаються в порожнині між двома мембранами. В результаті між однією парою мембран відбувається підвищення концентрації іонів (цю воду зливають назад у море), а між іншою – зниження, тобто виходить прісна вода.

c3252cb73b87f95d8d8ad8bc9abad86c

У новому процесі, що отримав назву шоковий електродіаліз, вода тече через фриту – пористий керамічний матеріал. З обох сторін маса матеріалу обмежена електродами. Досить сильний постійний струм, що протікає між електродами, призводить до того, що в потоці виникає ударна хвиля, чітко розділяє потік на дві частини – в одній з яких тече надзвичайно солона, а в іншій – прісна вода. Залишається тільки розділити потоки простою перегородкою.

У цьому процесі не використовуються мембрани, нічого не засмічується і не вимагає очищення. При цьому забезпечується постійний потік води через недорогий у виробництві матеріал.

Фахівці з MIT стверджують, що процес можна використовувати не тільки для опріснення, а й для очищення води. Наприклад, у процесі проведення робіт з гідравлічного розриву пластів утворюється багато солоної і забрудненої хімікатами води, яку можна було б очищати подібним чином. До того ж, за твердженням вчених, електричний струм, необхідний для організації процесу, досить сильний для того, щоб вбивати бактерії і стерилізувати воду.

Тонкий підхід до опрісненн

Інженери з Іллінойс  пропонують свій варіант опріснення води шляхом фільтрації її через мембрану. Проте їх мембрана з дисульфіду молібдену має товщину всього в декілька нанометрів. Інженери з UIUC стверджують, що їх фільтр енергетично набагато більш вигідний, ніж звичайні фільтри для зворотного осмосу, які вимагають великих енергетичних витрат.

Для опріснення води через фільтри звичайно потрібно створювати великий тиск, а мембрани швидко засмічуються і вимагають очищення або заміни. Але за твердженням інженерів, тиск, необхідний для опріснення води, пропорційний товщині мембрани. Багато вчених навіть намагалися використовувати для фільтрації води графен, але зіткнулися зі специфічними труднощами при його взаємодії з водою.

Інженери з UIUC взяли дисульфід молібдену, оскільки в ньому молібден знаходиться в оточенні двох атомів сірки. В результаті у тонкого «аркуша» MoS2 ззовні знаходиться сірка, а молібден – всередині. Якщо в такому листі зробити отвір, навколо нього буде кільце з атомів молібдену.

«Переваги фільтра з MoS2 в тому, що молібден притягує воду, а сірка – відштовхує, що забезпечує високу швидкість проходження води через отвір, – говорить Мухаммед Гейраньян, автор роботи. – Ця властивість хімічно закладена в MoS2, тому його не потрібно спеціально готувати чи якимось чином допрацьовувати».

151111165333_1_900x600

Як будемо опріснювати?

Прогрес не стоїть на місці, і нові технології з’являються дуже швидко. Час покаже, яка зі згаданих ідей пройде перевірку реальністю. Можливо, що для підвищення ефективності різні технології будуть використовуватися разом. Головне, щоб в результаті вони дали багато прісної води як для пиття, так і для їжі – адже основними споживачами прісної води є фермерські господарства.

Джерело Geektimes

Помилка в тексті? Виділи її мишкою та натисни: Ctrl + Enter

Реклама
 

Походження назв американських штатів

Поперднє

The Standard: лондонські мільярдери намагаються купити собі безсмертя

Наступне

Немає коментарів

    Долучитися до дискусії

    Відправити пост на email другу.

    чи Закрити

    УВІЙТИ

    Забули пароль?

    ЗАРЕЄСТРУВАТИСЯ

    ВТРАТИЛИ ПАРОЛЬ?

    Повідомити про помилку

    Текст, який буде надіслано нашим редакторам: