Блог

Jan 25, 2024

Новое устройство очищает соленую воду более чем в 1000 раз быстрее, чем стандартное промышленное оборудование

Автор: Токийский университет, 10 июня 2022 г. Новое исследование, опубликованное в журнале Science в мае.

Токийский университет, 10 июня 2022 г.

Новое исследование, опубликованное в журнале Science 12 мая 2022 года, обнаружило новый метод очистки воды, который в 2400 раз быстрее, чем даже экспериментальные устройства для опреснения на основе углеродных нанотрубок.

Дефицит воды является растущей проблемой во всем мире. По оценкам, только в Африке к 2025 году около 230 миллионов человек столкнутся с нехваткой воды, причем до 460 миллионов будут жить в регионах, испытывающих нехватку воды.

Вода покрывает 70% Земли, поэтому нетрудно предположить, что ее всегда будет много. Однако пресной воды очень мало. Одной из технологий, призванной помочь производить больше пресной воды, являются опреснительные установки. Опреснение воды — это процесс удаления соли из морской воды для получения пресной воды, которую можно обрабатывать дальше и безопасно использовать. Опреснительная установка превращает около половины получаемой воды в питьевую воду.

Хотя опреснение морской воды является хорошо зарекомендовавшим себя способом производства питьевой воды, оно связано с высокими затратами энергии. Исследователи впервые успешно отфильтровали соль из воды с помощью наноструктур на основе фтора. Эти фторсодержащие наноканалы более эффективны, чем традиционные технологии опреснения, поскольку они работают быстрее, используют меньшее давление, являются более эффективным фильтром и потребляют меньше энергии.

You’ve probably seen how effortlessly wet ingredients slide across a nonstick Teflon-coated frying pan if you’ve ever used one. Fluorine, a lightweight ingredient that is inherently water-repellent, or hydrophobic, is a crucial component of Teflon. Teflon can also be used to enhance the flow of water by lining pipes with it. Associate Professor Yoshimitsu Itoh of the University of Tokyo's Department of Chemistry and Biotechnology, as well as his colleagues, were intrigued by this behavior. Thus, they were inspired to investigate how fluorine pipelines or channels may work on a different scale, the nanoscaleThe nanoscale refers to a length scale that is extremely small, typically on the order of nanometers (nm), which is one billionth of a meter. At this scale, materials and systems exhibit unique properties and behaviors that are different from those observed at larger length scales. The prefix "nano-" is derived from the Greek word "nanos," which means "dwarf" or "very small." Nanoscale phenomena are relevant to many fields, including materials science, chemistry, biology, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">наномасштаб.

Снижение энергетических и, следовательно, финансовых затрат, а также упрощение опреснения воды может помочь сообществам во всем мире, имеющим плохой доступ к безопасной питьевой воде. Фото: 2022 г. Ито и др.

«Нам было любопытно посмотреть, насколько эффективными могут быть фторсодержащие наноканалы при избирательной фильтрации различных соединений, в частности, воды и соли. И после проведения нескольких сложных компьютерных симуляций мы решили, что создание работающего образца стоит потраченного времени и усилий». - сказал Ито. «В настоящее время существует два основных способа опреснения воды: термический, с использованием тепла для испарения морской воды и ее конденсации в чистую воду, или с помощью обратного осмоса, при котором используется давление, чтобы протолкнуть воду через мембрану, блокирующую соль. Оба метода требуют много энергии. , но наши тесты показывают, что фтористые наноканалы требуют мало энергии и имеют и другие преимущества».

Исследователи разработали тестовые фильтрационные мембраны путем химического производства наноскопических колец фтора, которые были сложены друг на друга и имплантированы в непроницаемый липидный слой, подобный органическим молекулам, обнаруженным в клеточных стенках. Они разработали несколько тестовых образцов с нанокольцами размером от 1 до 2 нанометров. Для сравнения, ширина человеческого волоса составляет почти 100 000 нанометров. Ито и его коллеги оценили присутствие ионов хлора, одного из основных компонентов соли (второй — натрий), по обе стороны тестовой мембраны, чтобы определить эффективность их мембран.