211service.com
Ny avsaltningsteknik rengör och desinficerar också vatten
Ett av världens mest akuta behov är att leverera rent dricksvatten till dess befolkning. På landsbygden har nästan hälften av befolkningen inte tillgång till rent vatten så utmaningen är tydlig och närvarande.
Problemet är naturligtvis att det mesta av planetens vatten är salt. Så att hitta sätt att avsalta havsvatten är ett nyckelmål.
Martin Bazant, postdoc Daosheng Deng, och kollegor vid Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, säger att de har utvecklat ett nytt sätt att avsalta vatten, känt som chockelektrodialys, som inte bara tar bort salt utan även partiklar och bakterier. Chockelektrodialys har potential att möjliggöra mer kompakta och effektiva vattenreningssystem, säger de.
Ett av de stora problemen med avsaltning är dess kostnad. Den vanligaste metoden är att destillera havsvatten i vakuum så att dess kokpunkt blir lägre än vanligt. Detta är dock en energikrävande process som är dyr. Så ingenjörer är ständigt på jakt efter billigare metoder.
Den vanligaste av dessa är omvänd osmos. Detta fungerar genom att pumpa vatten genom ett membran som inte låter natrium- eller klorjoner passera. Det är betydligt mindre energikrävande än traditionella avsaltningsmetoder men begränsas av den hastighet med vilken vatten kan passera genom membranet.
Så på senare år har ingenjörer börjat studera en process som kallas elektrodialys. Detta fungerar på motsatt sätt genom att låta natrium- och klorjoner passera genom ett membran i närvaro av ett elektriskt fält och lämna renat vatten på andra sidan.
Eftersom bara jonerna, snarare än vattenmolekylerna, passerar genom membranet, är hastigheten med vilken detta kan avsaltas mycket högre än omvänd osmos.
Men det finns ett problem med elektrodialys. Även om det tar bort saltet från vattnet, tar det inte bort andra föroreningar som smuts och bakterier. Så det kräver ytterligare etapper av filtrering och desinfektion för att göra vattnet drickbart.
Nu säger Bazant, Deng och co att de har hittat ett sätt att producera rent dricksvatten i ett enda steg med hjälp av elektrodialys. Nyckeln är att placera ett lager av poröst material nära katoden som sedan fungerar som ett filter och tar bort allt som inte kan passera genom mikroporerna.
Det porösa materialet i fråga är monterat glas, som tillverkas genom att sintra ihop glaspartiklar till ett poröst fast material. Porstorleken är runt 0,5 mikrometer så allt större än så, som smutspartiklar, kan inte passera.
Bakterier tenderar dock att vara mindre. Men Bazant och co visar att dessa inte heller passerar genom materialet, förmodligen för att de fastnar eller för att de förstörs av de kraftfulla elektriska fälten nära katoden. Vi kunde döda eller ta bort cirka 99% av livskraftiga Och Coli bakterier som finns i matarvattnet när de strömmar genom chockelektrodialysanordningen med pålagd spänning, säger de.
Oavsett vilket är resultatet från den nya enheten renat vatten med lite om någon av de ursprungliga föroreningarna.
Det är en användbar maskin. Allt som kan avsalta vatten samtidigt som det filtrerar och desinficerar det är värt att studera vidare. Bazant och co föreslår att det kan vara användbart för kemiteknik.
Den större frågan är förstås om en sådan anordning kostnadseffektivt skulle kunna rena vatten i större skala för dem som behöver det mest. Det skulle innebära att till exempel använda solceller och producera pålitliga flödeshastigheter under en längre tidsperiod.
Det är en helt annan utmaning. Att förvandla en labbbaserad prototyp till en praktisk, pålitlig maskin är lika svårt igen. Men med tanke på insatserna, miljontals människors liv, är det verkligen värt att sikta på.
Ref: arxiv.org/abs/1402.0058 : Vattenrening genom chockelektrodialys: avjonisering, filtrering, separering och desinfektion