شیرین سازی کارآمد آب دریا چطور؟ آب زیاد با قیمت پایین

دسترسی به آب آشامیدنی تمیز و سالم نیازی است که متأسفانه در بسیاری از نقاط جهان به خوبی برآورده نشده است. نمک‌زدایی آب دریا کمک بزرگی به بسیاری از مناطق جهان خواهد بود، البته اگر روش‌هایی وجود داشته باشند که به اندازه کافی کارآمد و در حد اقتصادی معقول باشند.

امید جدید برای توسعه مقرون به صرفه راه های بدست آوردن آب شیرین با حذف نمک دریا سال گذشته زمانی که محققان نتایج مطالعات با استفاده از مواد نوع را گزارش کردند ظاهر شد اسکلت آلی فلزی (MOF) برای تصفیه آب دریا. به گفته محققان، روش جدید که توسط تیمی در دانشگاه موناش استرالیا ابداع شده است، به میزان قابل توجهی انرژی کمتری نسبت به روش های دیگر نیاز دارد.

اسکلت های آلی فلزی MOF مواد بسیار متخلخل با سطح وسیع هستند. سطوح کار بزرگ که در حجم های کوچک نورد شده اند برای فیلتراسیون عالی هستند، به عنوان مثال. گرفتن ذرات و ذرات در مایع (1). نوع جدید MOF نامیده می شود PSP-MIL-53 برای به دام انداختن نمک و آلاینده ها در آب دریا استفاده می شود. در آب قرار می گیرد و به طور انتخابی یون ها و ناخالصی ها را روی سطح خود حفظ می کند. ظرف 30 دقیقه، MOF توانست کل مواد جامد محلول (TDS) آب را از 2,233 ppm (ppm) به زیر 500 ppm کاهش دهد. این به وضوح کمتر از آستانه 600 ppm توصیه شده توسط سازمان بهداشت جهانی برای آب آشامیدنی سالم است.

1. تجسم عملکرد یک غشای آلی فلزی در طول نمک زدایی آب دریا.

با استفاده از این تکنیک، محققان توانستند روزانه 139,5 لیتر آب شیرین به ازای هر کیلوگرم ماده MOF تولید کنند. هنگامی که شبکه MOF با ذرات "پر" شد، می توان آن را به سرعت و به راحتی برای استفاده مجدد تمیز کرد. برای انجام این کار، آن را در زیر نور خورشید قرار می دهند که نمک های به دام افتاده را تنها در چهار دقیقه آزاد می کند.

فرآیندهای نمک زدایی تبخیری حرارتی انرژی بر هستند، در حالی که سایر فناوری ها مانند اسمز معکوس Huanting Wang، رهبر تیم تحقیقاتی موناش توضیح می دهد (2)، آنها دارای معایب زیادی هستند، از جمله مصرف بالای انرژی و مواد شیمیایی برای تمیز کردن غشا و دکلره. نور خورشید فراوان ترین و تجدیدپذیرترین منبع انرژی روی زمین است. فرآیند جدید نمک‌زدایی مبتنی بر جاذب و استفاده از نور خورشید برای بازسازی، یک راه‌حل نمک‌زدایی با صرفه‌جویی در انرژی و سازگار با محیط زیست است.

2. سیستم نمک زدایی آب دریا اسمز در عربستان سعودی.

از گرافن تا شیمی هوشمند

در سال های اخیر، بسیاری از ایده های جدید برای نمک زدایی آب دریا کارآمد انرژی. "تکنسین جوان" توسعه این تکنیک ها را از نزدیک زیر نظر دارد.

ما از جمله در مورد ایده آمریکایی ها در دانشگاه آستین و آلمانی ها در دانشگاه ماربورگ نوشتیم که برای استفاده از یک تراشه کوچک از ماده ای که از طریق آن یک جریان الکتریکی با ولتاژ ناچیز (0,3 ولت) جریان می یابد. در آب نمکی که در داخل کانال دستگاه جریان دارد، یون های کلر تا حدی خنثی شده و تشکیل می شود. میدان الکتریکیمانند سلول های شیمیایی اثر این است که نمک در یک جهت جریان دارد و آب شیرین در جهت دیگر. انزوا اتفاق می افتد آب شیرین.

دانشمندان انگلیسی از دانشگاه منچستر به رهبری راهول نایری در سال 2017 یک غربال مبتنی بر گرافن ایجاد کردند تا به طور موثر نمک را از آب دریا حذف کند.

در مطالعه ای که در مجله Nature Nanotechnology منتشر شد، دانشمندان استدلال کردند که می توان از آن برای ایجاد غشاهای نمک زدایی استفاده کرد. گرافن اکسید، به جای گرافن خالص سخت و گران قیمت. گرافن تک لایه باید در سوراخ های کوچک سوراخ شود تا نفوذپذیر شود. اگر اندازه سوراخ بزرگتر از 1 نانومتر باشد، نمک ها آزادانه از سوراخ عبور می کنند، بنابراین سوراخ هایی که قرار است ایجاد شوند باید کوچکتر باشند. در عین حال، مطالعات نشان داده است که غشاهای اکسید گرافن هنگام غوطه ور شدن در آب ضخامت و تخلخل را افزایش می دهند. تیم پزشک نایری نشان داد که پوشش غشاء با اکسید گرافن با یک لایه اضافی از رزین اپوکسی باعث افزایش اثربخشی مانع می شود. مولکول های آب می توانند از غشاء عبور کنند، اما کلرید سدیم نمی تواند.

گروهی از محققان عربستانی دستگاهی ساخته اند که معتقدند به طور موثر یک نیروگاه را از یک "مصرف کننده" آب به یک "تولید کننده آب شیرین" تبدیل می کند. چند سال پیش دانشمندان مقاله ای را در مورد این موضوع در نیچر منتشر کردند. فناوری جدید خورشیدیکه می تواند آب را نمک زدایی کرده و همزمان تولید کند برق.

در نمونه اولیه ساخته شده، دانشمندان یک آب ساز در پشت آن نصب کردند. باتری خورشیدی. در نور خورشید، سلول برق تولید می کند و گرما آزاد می کند. دستگاه به جای از دست دادن این گرما در جو، این انرژی را به کارخانه ای هدایت می کند که از گرما به عنوان منبع انرژی برای فرآیند نمک زدایی استفاده می کند.

محققان آب نمک و آب حاوی ناخالصی های فلزات سنگین مانند سرب، مس و منیزیم را وارد دستگاه تقطیر کردند. این دستگاه آب را به بخار تبدیل می کرد که سپس از یک غشای پلاستیکی عبور می کرد که نمک و زباله ها را فیلتر می کرد. نتیجه این فرآیند آب آشامیدنی خالص است که استانداردهای ایمنی سازمان جهانی بهداشت را برآورده می کند. دانشمندان گفتند نمونه اولیه با عرض حدود یک متر می تواند 1,7 لیتر آب تمیز در ساعت تولید کند. مکان ایده آل برای چنین وسیله ای در آب و هوای خشک یا نیمه خشک و نزدیک منبع آب است.

Guihua Yu، دانشمند مواد در دانشگاه ایالتی آستین، تگزاس، و هم تیمی هایش در سال 2019 پیشنهاد دادند. به طور موثر هیدروژل های آب دریا را فیلتر می کند, مخلوط های پلیمریکه ساختاری متخلخل و جاذب آب ایجاد می کنند. یو و همکارانش از دو پلیمر یک اسفنج ژل ساختند: یکی پلیمر اتصال دهنده آب به نام پلی وینیل الکل (PVA) و دیگری یک جاذب نور به نام پلی پیرول (PPy). آنها پلیمر سومی به نام کیتوزان را با هم ترکیب کردند که همچنین جاذبه زیادی برای آب دارد. دانشمندان در Science Advances گزارش دادند که به تولید آب خالص 3,6 لیتر در ساعت در هر متر مربع از سطح سلول دست یافته اند که بالاترین میزان ثبت شده تا کنون و حدود دوازده برابر بهتر از آنچه امروزه در نسخه های تجاری تولید می شود، است.

با وجود اشتیاق دانشمندان، شنیده نشده است که روش‌های جدید فوق‌العاده کارآمد و اقتصادی نمک‌زدایی با استفاده از مواد جدید کاربرد تجاری گسترده‌تری پیدا کند. تا زمانی که این اتفاق نیفتد، مراقب باشید.