Опресняющие нанофильтры справятся с водяным кризисом
Углеродные нанотрубки могут совершить революцию в деле опреснения воды, в которой так нуждается население планеты.
В ходе нового исследования, проведенного учеными из университета Стратклайда (Шотландия), было проведено компьютерное моделирование жидкостей на молекулярном уровне. Одной из целей исследования был поиск оптимального дизайна мембран из углеродных нанотрубок (CNT), которые могут использоваться в процессе опреснения.
Моделирование показывает, что вода проникает сквозь CNT в 20 или даже 5000 раз легче, чем через современные коммерческие мембраны обратного осмоса. Потенциально новый материал обеспечивает максимальный проток воды через разделительную мембрану и в то же время эффективно задерживает ионы и другие посторонние частицы, растворенные в морской воде.
Важность этого открытия трудно переоценить: спрос на питьевую воду постоянно растет, а ее запасы не безграничны. Во второй половине этого века мировое население достигнет 9,5 млрд человек и питьевая вода станет стратегическим ресурсом. Уже сегодня ее нехватку испытывает более миллиарда человек. При этом изменение климата перераспределяет осадки на глобальном уровне, и засушливые регионы Земли с каждым годом получают все меньше и меньше пресной воды.
Молекулы воды проходят по углеродным нанотрубкам
Однако мировой океан содержит гигантские запасы воды, ее надо только опреснить: избавить от солей и других загрязнителей. Большинство заводов по опреснению морской воды используют технологию обратного осмоса, в которой давление проталкивает соленую воду через мембрану, отделяющую чистую воду от соли. К сожалению, это очень дорогостоящий процесс (в пять раз дороже, чем извлечение из подземных источников), поскольку он требует больших энергозатрат и громоздкой инфраструктуры.
Есть надежда, что мембраны из углеродных нанотрубок могут решить проблему нехватки пресной воды. Углеродные нанотрубки, свернутые из листов графена, с чрезвычайно высокой эффективностью отталкивают ионы, которые буквально не могут "протиснуться" сквозь нанотрубки вместе с молекулами воды. В принципе ионы солей могут проникнуть сквозь CNT, однако для этого им нужно затратить гораздо больше энергии, которой в устройстве низкого давления неоткуда взяться.
Процесс фильтрации с помощью графеновых трубок потребляет немного энергии, а с помощью изменения размера углеродных нанотрубок можно менять степень проницаемости мембраны для ионов соли.
Для широкого внедрения новой технологии фильтрации необходимо научиться делать достаточно большие и прочные CNT-мембраны, устранить влияние "отброшенных" ионов соли на поток воды и подтвердить безопасность CNT для здоровья людей.
В ходе нового исследования, проведенного учеными из университета Стратклайда (Шотландия), было проведено компьютерное моделирование жидкостей на молекулярном уровне. Одной из целей исследования был поиск оптимального дизайна мембран из углеродных нанотрубок (CNT), которые могут использоваться в процессе опреснения.
Моделирование показывает, что вода проникает сквозь CNT в 20 или даже 5000 раз легче, чем через современные коммерческие мембраны обратного осмоса. Потенциально новый материал обеспечивает максимальный проток воды через разделительную мембрану и в то же время эффективно задерживает ионы и другие посторонние частицы, растворенные в морской воде.
Важность этого открытия трудно переоценить: спрос на питьевую воду постоянно растет, а ее запасы не безграничны. Во второй половине этого века мировое население достигнет 9,5 млрд человек и питьевая вода станет стратегическим ресурсом. Уже сегодня ее нехватку испытывает более миллиарда человек. При этом изменение климата перераспределяет осадки на глобальном уровне, и засушливые регионы Земли с каждым годом получают все меньше и меньше пресной воды.
Молекулы воды проходят по углеродным нанотрубкам
Однако мировой океан содержит гигантские запасы воды, ее надо только опреснить: избавить от солей и других загрязнителей. Большинство заводов по опреснению морской воды используют технологию обратного осмоса, в которой давление проталкивает соленую воду через мембрану, отделяющую чистую воду от соли. К сожалению, это очень дорогостоящий процесс (в пять раз дороже, чем извлечение из подземных источников), поскольку он требует больших энергозатрат и громоздкой инфраструктуры.
Есть надежда, что мембраны из углеродных нанотрубок могут решить проблему нехватки пресной воды. Углеродные нанотрубки, свернутые из листов графена, с чрезвычайно высокой эффективностью отталкивают ионы, которые буквально не могут "протиснуться" сквозь нанотрубки вместе с молекулами воды. В принципе ионы солей могут проникнуть сквозь CNT, однако для этого им нужно затратить гораздо больше энергии, которой в устройстве низкого давления неоткуда взяться.
Процесс фильтрации с помощью графеновых трубок потребляет немного энергии, а с помощью изменения размера углеродных нанотрубок можно менять степень проницаемости мембраны для ионов соли.
Для широкого внедрения новой технологии фильтрации необходимо научиться делать достаточно большие и прочные CNT-мембраны, устранить влияние "отброшенных" ионов соли на поток воды и подтвердить безопасность CNT для здоровья людей.
Ещё новости по теме:
18:20