Новости химической науки > Свет + морская вода = питьевая вода

Исследователи из США разработали эффективный опреснитель морской воды, который может приводиться в действие только солнечным светом. Новый подход позволяет разработать маломасштабные или портативные устройства опреснения воды, которые могут применяться для получения питьевой воды в засушливых районах или зонах стихийного бедствия.

Хлорид-ионы, ионы натрия и другие заряженные частицы выводятся из смеси в виде концентрированного раствора, опресненная вода стекает по отдельному каналу. (Рисунок из Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/NNANO.2010.34)

В настоящее время для решения проблемы дефицита питьевой воды и опреснения морской воды часто применяются полупроницаемые мембраны. Также для опреснения морской воды применяют обратимый осмос, в ходе которого воду пропускают через мембраны для отделения соли и электродиализ – при использовании этого метода ионы соли «продавливают через мембрану с помощью электрического тока.

Однако во всех случаях, описанных выше, органические вещества и соли, содержащиеся в морской воде, накапливаются на мембране и могут закупоривать систему. Новая альтернативная методика, характеризующаяся низким потреблением энергии, позволяет избавиться от недостатков известных систем.

Джонгйонг Хан (Jongyoon Han) из Массачусетского технологического университета заявляет, что для удаления из морской воды растворенных в ней солей исследователи использовали явление поляризации концентрации ионов (concentration polarization). Он добавляет, что при определенном методе приложения напряжения к такому ион-селективному материалу, как, например нафион (Nafion) заряженные частицы собираются с одной стороны мембраны, с другой стороны мембраны их концентрация понижается.

Исследователи из группы Хана разработали микроразмерный прибор, протекающий поток воды в котором расходится по двум каналам. Вход в один канал закрыт заряженной мембраной из нафиона, эта мембрана является препятствием, как для солей, так и для других заряженных частиц, в роли которых могут выступать получившиеся электрический заряд органические молекулы, вирусы, бактерии, а также загрязняющие воду микрочастицы.

Однако, для эффективной работы необходимы каналы с небольшим диаметром, с помощью которых можно получить лишь небольшие количества опресненной воды, однако Хан поясняет, что при объединении тысяч каналов в рамках одной системы (для получения таких каналов можно использовать технические решения, которые в настоящее время используются для промышленного производства полупроводниковых чипов для электроники) можно создать устройство, с помощью которого станет возможным получить литр очищенной воды за несколько минут.

Хотя Хан и понимает, что и при таком устройстве может новая система даст сравнительно небольшое количество опресненной воды, достоинством нового устройства является возможность его длительной непрерывной работы за счет энергии Солнца.

Адель Шариф (Adel Sharif), специалист по очистке воды из Университета Суррея высоко оценивает принципиальную схему нового процесса, заявляя, при этом, что до коммерциализации технологии требуются ее дальнейшая модификация. Во-первых, он рекомендует Хану найти более дешевую замену использующимся в настоящее в системе золотым и титановым электродам, во-вторых – он предполагает, что перед подачей в систему вода должна проходить стадию предварительной обработки, чтобы незаряженные частицы не понижали проницаемость мембраны.

Источник: Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/NNANO.2010.34

метки статьи: #нанотехнологии, #физическая химия, #химическая технология