فن‌آوری‌های غشایی می‌توانند تصفیه کارآمد منابع آب نامشخص را برای رفع کمبود فزاینده آب فراهم کنند.

با این حال، هنگامی که مهندسان غشاهای پیشرفته را توسعه می دهند، آنها به دلیل عدم انتخاب پذیری نسبت به نفوذپذیری بالا محدود می شوند. غشاهای فعلی نیز فقط املاح خنثی با وزن مولکولی کم را حذف می کنند و به دلیل اکسیدان های ذاتی تصفیه آب در برابر تخریب آسیب پذیر هستند.

در گزارش جدیدی که اکنون در Science Advances منتشر شده است، Duong Nguyen و یک تیم تحقیقاتی در مهندسی محیط زیست و معماری، مهندسی شیمی و بیولوژیکی در دانشگاه کلرادو و دانشگاه بریتیش کلمبیا در ایالات متحده و کانادا یک روش نمک‌زدایی آب را با استفاده از آن توسعه دادند.

فشار اعمال شده برای هدایت انتقال بخار از طریق غشاها

بدون به خطر انداختن حذف نمک، این تیم غشاهایی با لایه‌ای با ضخامت زیر 200 نانومتر برای نشان دادن نفوذپذیری آب بیشتر از غشاهای تجاری، با حساسیت به اکسیدان‌های کلر و ازن ساختند. نتایج به توصیف پیشرفته رفتار تبخیر برای فیلتراسیون فوق انتخابی با توان بالا منجر شد.

نمک زدایی آب

تغییر اقلیم و افزایش تقاضای آب منجر به کمبود منابع شده است و استفاده از منابع غیر سنتی آب را ضروری می کند. برای استفاده ایمن از منبع، محققان باید تقریباً تمام ترکیبات محلول را از آب آلوده حذف کنند. برای انجام این کار، چندین روش مانند اسمز معکوس برای استفاده مجدد از آب و نمک زدایی پدید آمده است.

در این کار، نگوین و همکارانش یک روش اثبات مفهوم برای استفاده از تقطیر تحت فشار با به دام انداختن هوا در یک غشای آبگریز ارائه کردند.

فشار اعمال شده باعث تبخیر در سیستم برای انتشار فاز گاز از طریق منافذ شد.

دانشمندان مواد، غشاهای نانومتخلخل با ضخامت زیر 200 نانومتر را برای بهبود عملکرد انتقال کاوشگر و نمک‌زدایی تولید کردند. این ساختار امکان حفظ عملکرد نمک‌زدایی را حتی زمانی که غشاها در معرض کلر و ضدعفونی‌کننده‌های ازن قرار می‌گرفتند را فراهم می‌کرد.

مهندسی شکاف هوا در مقیاس نانو برای تقطیر تحت فشار

محققان از غشاهای به دام انداختن هوا به عنوان اثبات مفهومی برای آزمایش لایه های متخلخل اکسید آلومینیوم آندی اصلاح شده با پوشش آبگریز استفاده کردند. این تیم با استفاده از پوشش، پراکندگی فلز و پوشش آبگریز با آلکیل سیلان فلوئوردار، پوشش را به یک لایه زیر میکرونی در سطح بالایی غشاء محدود کردند.

محققان و مهندسان عمران قبلاً از غشاهای به دام انداختن هوا در کاربردهای تحت فشار استفاده نکرده بودند، زیرا آب مایع می تواند وارد منافذ شود تا گزینش آب-نمک غشاء را به خطر بیندازد.

اندازه منافذ زیر 100 نانومتر غشاء در برابر خیس شدن در فشارهای هیدرولیکی بالا مقاومت می کند.

آزمایش های طولانی مدت انجام شده به مدت هفت روز نشان داد که حذف نمک از غشاها می تواند به طور مداوم حفظ شود. این تیم اندازه منافذ غشا را کاهش دادند تا در فشارهای هیدرولیکی بدون خیس کردن منافذ عمل کنند. این سازه ها اندازه منافذ مناسب برای تصفیه آب دریا را حفظ کردند.

دستیابی به نفوذپذیری آب و حذف نمک

غشاهای پیشرفته موجود، یک معاوضه بین نفوذپذیری آب و انتخاب پذیری آب-نمک را نشان می‌دهند که به موجب آن افزایش نفوذپذیری آب منجر به کاهش دفع نمک می‌شود. در این کار، تیم به این نکته اشاره کرد که چگونه تغییر فاز گاز-مایع می‌تواند نفوذپذیری آب را بدون به خطر انداختن انتخاب‌پذیری آب-نمک با کاهش ضخامت لایه هوا افزایش دهد.

با توجه به این ویژگی، نفوذپذیری آب غشاها به طور قابل توجهی بیشتر از کارهای قبلی بود.

دانشمندان زمانی که شواهد تجربی در مورد امکان غشاهای به دام انداختن هوا برای رسیدن به نفوذپذیری آب مناسب برای نمک‌زدایی کارآمد آب نشان دادند، از انتظارات این مطالعه فراتر رفتند.

حذف املاح و انعطاف پذیری شیمیایی

تیم تحقیقاتی از یک لایه بخار به عنوان یک مانع جداسازی با خواص انتخابی متفاوت در مقابل ادغام یک لایه پلیمری نازک استفاده کردند. آنها با استفاده از این غشاء، حذف سه آلاینده شامل بور، اوره و NDMA را آزمایش کردند. غشاها به ترتیب 1/99 و 1/98 درصد بور و اوره را حذف کردند تا حذف تقریباً کامل هر دو املاح را برجسته کنند.

نتایج در تضاد با غشاهای تجاری بود که سطوح فیلتراسیون را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

نتایج بهبودیافته به دلیل لایه هوا بود که یک غشای فیلتر تقریباً غیر قابل نفوذ برای املاح غیر فرار تشکیل می داد. لایه هوا به نگوین و همکارانش اجازه می دهد تا از مواد غشایی آبگریز مقاوم در برابر اکسیداسیون استفاده کنند.

دانشمندان به طرز جالبی ساختار و شیمی بدون تغییر غشاهای مهندسی شده را پس از قرار دادن آنها در معرض میکروسکوپ الکترونی روبشی و تجزیه و تحلیل زاویه تماس تایید کردند.

چشم انداز

به این ترتیب، Duong Nguyen و همکارانش از یک فرآیند تقطیر تحت فشار برای تصفیه آب با فشار اعمال شده برای هدایت بخار از طریق غشای به دام انداختن هوا استفاده کردند. با استفاده از آزمایش‌های اثبات مفهوم، دانشمندان به سطوح بالاتر فیلتراسیون املاح غیرفرار، از جمله کلرید سدیم، بور و اوره دست یافتند.

عملکرد این ماده پس از قرار گرفتن در معرض سطوح پایدار غلظت بالای کلر و ازن، بدون آسیب باقی ماند.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.