Kontrola odmašťovací struktury odsolovacích membrán je nejdůležitější součástí čisté vody

Tento 3D model membrány pro odsolování polymeru ukazuje tok vody stříbrnými kanály, pohybující se nahoru a dolů, vyhýbající se hustým místům na membráně a pomalému toku. Půjčka Obrázek Ganapathysubramanian Research Group / Iowa State University և Gregory Foss / Texas Advanced Computing Center

Odsolovací membrána funguje jako filtr se slanou vodou. Vytlačte vodu přes membránu a získejte čistou vodu vhodnou pro zemědělství, výrobu energie a dokonce i pití. Proces se může zdát jednoduchý, ale zahrnuje složité komplikace, které vědce zmátly po celá desetiletí.

Vědci z Penn State University, University of Texas v Austinu, Iowa State University, Dow Chemical Company և Společnost DuPont Water Solutions zveřejnila klíč k pochopení toho, jak membrány ve skutečnosti dnes filtrují minerály z vody (31. prosince). ) Věda:, Článek bude uveden na obálce tištěného vydání, které vyjde zítra (1. ledna).

„Přes roky používání toho moc nevíme o tom, jak fungují membrány pro filtraci vody,“ uvedl Enrique Gomez, profesor chemického inženýrství, vědy o materiálech a inženýrství v Penn State, který studii vedl. „Zjistili jsme, že to, jak řídíte distribuci hustoty membrány v nanoměřítku, je pro výrobu vody opravdu důležité.“

Vedený Manishem Kumarem, docentem na katedře civilního, architektonického a environmentálního inženýrství UT Austin, použil tým multimodální elektronový mikroskop, který kombinuje detailní atomové měřítko s detekcí chemického složení, aby zjistil, zda jsou odsolovací membrány husté. Vědci zmapovali kolísání hustoty v polymerním filmu třemi měřeními, přibližně jedním nanometrem v prostorovém roztoku, což je méně než polovina průměru. DNA: Podle Gomeza byl tento technologický pokrok klíčem k pochopení role hustoty v membránách.

„Vidíte, jak některá místa filtrují víceméně hustou kávu na vlastní oči,“ řekl Gomez. „Zdá se, že je to ve filtračních membránách stejné, ale nejde o nanoměřítko. Jak kontrolujete distribuci této hmoty, je to opravdu důležité pro filtraci vody?“

To bylo překvapení, řekl Gomez և Kumar, protože v minulosti se předpokládalo, že čím silnější je membrána, tím méně vody se vyprodukuje. Filmtec, který je nyní součástí společnosti DuPont Water Solutions, která vyrábí mnoho produktů odsolování, spolupracuje s výzkumnými pracovníky na financování projektu, protože jejich interní vědci zjistili, že silnější filmy jsou ve skutečnosti propustnější.

Vědci zjistili, že na tloušťce nezáleží tolik, jako vyhýbání se velmi hustým oblastem nanometrů nebo „mrtvým zónám“. Podle Gomeza je v určitém smyslu silnější hustota přes membránu důležitější než tloušťka, aby se maximalizovala produkce vody.

Podle vědců toto porozumění může zvýšit účinnost membrány o 30% až 40%, což vede k méně vyčištěné vodě, což je možná úspora pro současný proces odsolování.

„Membrány reverzní osmózy se tak často používají k čištění vody, ale zatím o nich nevíme mnoho,“ řekl Kumar. „Opravdu jsme nemohli říct, jak se nimi voda pohybuje, takže za posledních 40 let byla všechna vylepšení provedena ve tmě.“

Membrány reverzní osmózy působí tlakem na jednu stranu. Minerály tam zůstávají, zatímco voda prochází. Přestože jsou vědci účinnější než jiné než membránové odsolovací procesy, stále vyžadují spoustu energie, tvrdí vědci, ale zlepšení účinnosti membrány může tuto zátěž snížit.

„Hospodaření se sladkou vodou se stává velkou výzvou po celém světě,“ řekl Gomez. „Deficity, sucha. Se vzestupem nepříznivého počasí se očekává, že se tento problém stane ještě závažnějším. „Čistá voda je velmi důležitá, zejména v oblastech s nízkými zdroji.“

Tým pokračuje ve studiu struktury membrán, jakož i chemických reakcí zapojených do procesu odsolování. Rovněž studují, jak vyvíjet nejlepší materiály pro konkrétní materiály, jako jsou odolné a pevné membrány, které mohou zabránit růstu bakterií.

„Pokračujeme v zdokonalování naší technologie pomocí efektivnějších materiálů, abychom řešili potenciální faktory filtrace,“ řekl Gomez.

Více o tomto výzkumu.

Odkaz. Tyler E. Culp, Biswajit Khara, Kaitlyn P. Brickey, Michael Geitner, Tawanda J. Zimudzi, Jeffrey D. Wilbur, Steven D. Jons, Abhishek Roy, Mo Paul. Baskar Ganapatisubramanyan, Andrew L. Yd Idney, Manish Kumar և Enrique Gomez, 31. prosince 2020 Věda:,
DOI: 10.1126 / science.abb8518:

Mezi další investory patří Tyler Culp, Caitlin P. Cihla, Michael Gaitner և Andrew Ydney, všichni přidružení k Penn State Department of Chemical Engineering. Biswajit Kharan և Baskar Ganapatisubramanyan, oba s katedrou strojního inženýrství na Iowské státní univerzitě. Tavanda Zim. Zim Imujin z Pence Institute for Materials Research (MRI); Je efri D. Wilbur և Steve unce, oba s DuPont Water Solutions. և Abhishek Roy a Mow Paul, oba se společností Dow Chemical Company. Gomez je také spojován s MRI. Mikroskop byl proveden na elektronových mikroskopech v laboratoři pro charakterizaci materiálů MRI. Výzkum financovala DuPont ազգային National Science Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Aby se objev urychlil, vychází z mřížky vysoce dimenzionální infračervený mikroskop

Příklad vzoru dlaždice použitého ke skenování kulatého červa C. elegans. Non-grid pattern dává algoritmu vzorkování větší flexibilitu pro rychlé resetování oblastí zájmu. ...

Starověcí zirkonové říkají, že desková tektonika začala před 3,6 miliardami let – významná událost pro přivítání Země k životu

Zirkony studované výzkumným týmem byly vyfotografovány pomocí katholluminiscence, techniky, která umožňuje týmu vizualizovat vnitřek krystalů pomocí speciálního rastrovacího elektronového mikroskopu. Tmavé kruhy na...

Můžeme opioidy zvýšit návykovostí? [Video]

V roce 2017 byly miliony lidí po celém světě závislí na opioidech a 115 000 zemřelo na předávkování. Opioidy jsou nejsilnější léky proti bolesti, které...

V místě vazby protilátek ve variantách viru COVID-19 – hlavní důsledky pro budoucí vakcíny

Výzkumný tým Penn State zjistil, že N protein na SARS-CoV-2 je uložen ve všech pandemických koronavirech souvisejících se SARS (nahoře vlevo: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV,...

NASA investuje 105 milionů amerických dolarů do vývoje inovativních technologií pro malé podniky ve Spojených státech

NASA Má dlouhou historii podpory amerických podnikatelů při vývoji technologií od nápadu po obchodní připravenost. Agenturní program Small Business Innovation Research (SBIR) dále podporoval...

Newsletter

Subscribe to stay updated.