Блог

Jan 29, 2024

От морской воды до питьевой воды одним нажатием кнопки

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса MIT News доступны

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Исследователи Массачусетского технологического института разработали портативную опреснительную установку весом менее 10 килограммов, которая может удалять частицы и соли для получения питьевой воды.

Устройство размером с чемодан, для работы которого требуется меньше энергии, чем зарядное устройство для сотового телефона, также может работать от небольшой портативной солнечной панели, которую можно купить в Интернете примерно за 50 долларов. Он автоматически генерирует питьевую воду, превосходящую стандарты качества Всемирной организации здравоохранения. Технология упакована в удобное для пользователя устройство, которое запускается нажатием одной кнопки.

В отличие от других портативных опреснительных установок, которым требуется прохождение воды через фильтры, это устройство использует электроэнергию для удаления частиц из питьевой воды. Устранение необходимости замены фильтров значительно снижает требования к долгосрочному техническому обслуживанию.

Это может позволить развернуть подразделение в отдаленных районах с крайне ограниченными ресурсами, таких как населенные пункты на небольших островах или на борту морских грузовых судов. Его также можно использовать для помощи беженцам, спасающимся от стихийных бедствий, или солдатам, проводящим долгосрочные военные операции.

«Это действительно кульминация 10-летнего пути, в котором я и моя группа находились. Мы годами работали над физикой отдельных процессов опреснения, но помещали все эти достижения в коробку, создавали систему и демонстрировали ее на практике. океан, это был для меня действительно значимый и полезный опыт», — говорит старший автор Чонъюн Хан, профессор электротехники, информатики и биологической инженерии, а также член Исследовательской лаборатории электроники (RLE).

К Хану в работе над статьей присоединяются первый автор Чонхё Юн, научный сотрудник RLE; Хёкджин Дж. Квон, бывший постдок; СунгКу Кан, постдок Северо-Восточного университета; и Эрик Брэк из Командования развития боевых возможностей армии США (DEVCOM). Исследование было опубликовано в Интернете в журнале Environmental Science and Technology.

Технология без фильтров

Коммерчески доступные портативные опреснительные установки обычно требуют использования насосов высокого давления для прокачки воды через фильтры, которые очень сложно миниатюризировать без ущерба для энергоэффективности устройства, объясняет Юн.

Вместо этого их подразделение использует метод, называемый ионной концентрационной поляризацией (ICP), который был впервые использован группой Хана более 10 лет назад. Вместо фильтрации воды процесс ICP применяет электрическое поле к мембранам, расположенным над и под каналом воды. Мембраны отталкивают положительно или отрицательно заряженные частицы, включая молекулы солей, бактерии и вирусы, когда они проходят мимо. Заряженные частицы направляются во второй поток воды, который в конечном итоге выбрасывается.

В процессе удаляются как растворенные, так и взвешенные твердые вещества, позволяя чистой воде проходить через канал. Поскольку для этого требуется только насос низкого давления, ICP использует меньше энергии, чем другие методы.

Но ICP не всегда удаляет все соли, плавающие в середине канала. Поэтому исследователи внедрили второй процесс, известный как электродиализ, для удаления оставшихся ионов соли.

Юн и Канг использовали машинное обучение, чтобы найти идеальное сочетание модулей ИСП и электродиализа. Оптимальная установка включает двухэтапный процесс ИСП, при котором вода проходит через шесть модулей на первом этапе, затем через три на втором этапе, после чего следует один процесс электродиализа. Это сводит к минимуму потребление энергии, обеспечивая при этом самоочистку процесса.