Hur kan avsaltning bli billigare?

Avsaltning, processen att ta bort salt från vatten, är dyr. Även om det finns storskaliga avsaltningsanläggningar runt om i världen – i allmänhet där det är billigare än att pumpa vatten från långt håll – finns det inte tillnärmelsevis tillräckligt för att ge färskvatten överallt där det behövs.

University of Manchesters Rahul Nair försöker förbättra avsaltning med membran gjorda av grafenoxidlager.

En vanlig avsaltningsmetod, omvänd osmos, är dyr eftersom det kräver mycket elektricitet för att trycka vatten genom ett filter. Det är också kostsamt att behandla vattnet för att döda mikrober och att byta ut filtren. Forskare hoppas att förbättrade membranmaterial kan göra denna process billigare.

Grafen Nanoporer

Forskare hoppas att starka och lätta grafenmembran kan kosta mindre och hålla mycket längre än dagens polymermembran. Grafen avvisar i allmänhet vatten, men i rätt form kan det snabbt separera salt från vatten. Flera olika team undersöker sätt att göra det.

• Forskare vid University of Manchester har förberett grafen för användning som ett avsaltningsmembran genom att föra in små kapillärer i staplade lager av grafenoxid som låter vatten passera igenom. Dessa öppningar i materialet är en atom breda. Mycket små saltmolekyler som mäter mindre än en nanometer kan passera igenom, men teamet arbetar med att förbättra filtret så att det rensar bort ännu mindre partiklar. Forskningen beskrivs i Vetenskap i februari.

• Med en annan metod har forskare från MIT, U.S. Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory , och Saudiarabiens King Fahd University of Petroleum and Minerals visade grafenmembran med porer mindre än storleken på en nanometer. Till skillnad från Manchester-laget, introducerar denna grupp hål i ett enatomtjockt lager av grafen, snarare än genom flera ark. Denna membrandesign kan vara 50 gånger mer vattengenomsläpplig än dagens polymerfilter, uppskattar forskarna, vilket betyder att mindre energi skulle behövas för att driva igenom vätskan. Denna membrandesign är detaljerad i en Nanobokstäver tidning som publicerades i februari förra året.

• MIT-forskarna David Cohen-Tanugi och Jeffrey Grossman visade att grafen med nanoporer kunde stå emot högt tryck i detta Nanobokstäver tidningen publicerad den 30 oktober.

• Förra året, Lockheed Martin patenterade ett membran tillverkat av grafen som det säger kan avsalta vatten till en bråkdel av kostnaden för dagens system.

Multitasking-membran

Medan grafen har fått uppmärksamhet som ett lovande material för membran, har singaporeanske forskaren Darren Sun ägnat flera år åt att leta efter en annan kandidat: titandioxid. De Nanyangs tekniska universitet Professor utvecklade nanofibrer gjorda av titandioxidkristaller. Han formade dem sedan till membran för att filtrera vattnet. Membranen kan ha flera tillämpningar, inklusive i en metod för avsaltning som kallas framåt osmos. Sun tror att de skulle överträffa dagens polymerbaserade membran eftersom de kan döda bakterier och minska igensättningen som gör att de byts ut. Han beskriver de antibakteriella egenskaperna hos sina nanofibrer i en december 2013 ChemPlusChem papper.

Takeaway:

Nya membran gjorda av bättre material skulle en dag kunna göra avsaltning snabbare och billigare. Många av dessa tekniker görs dock bara i liten skala och kommer att kräva betydande forskning och finansiering för att kunna användas i stor utsträckning.

Har du en stor fråga? Skicka förslag till [email protected] .

Dölj