Новая деревянная мембрана может удалять загрязнения воды, используя гораздо меньше энергии, чем имеющаяся в продаже мембрана. Его термическая эффективность, поток воды, устойчивость и масштабируемость делают его идеальным материалом для мембранной дистилляции.
Согласно докладу Организации Объединенных Наций, около 3,6 миллиарда человек (половина населения мира) в настоящее время живут в районах с потенциальной нехваткой воды. Ожидается, что эта цифра увеличится до 5 миллиардов к 2050 году. Изменение климата и быстрая урбанизация сделают ситуацию еще хуже.
В настоящее время мы используем процесс опреснения, чтобы уменьшить нехватку воды. Это включает извлечение питьевой воды из различных загрязненных источников, таких как сточные воды, грунтовые воды и морская вода. Последние достижения в области нанотехнологий и передового производства способствовали развитию опреснения.
Однако современные процессы опреснения воды все еще не эффективны. Они потребляют много энергии и требуют специализированной техники. Один из возникающих термически управляемых процессов разделения под названием «Мембранная дистилляция» обладает огромным потенциалом для опреснения соленой воды с использованием возобновляемых источников энергии.
Мембраны, доступные на рынке, изготовлены из синтетических полимеров, которые обеспечивают тепловую эффективность до 60%. Но поскольку эти полимеры получены из нефтепродуктов, они довольно дороги и вызывают ряд экологических проблем.
Чтобы решить эту проблему, исследователи из Принстонского университета придумали новую мембрану, изготовленную непосредственно из натурального дерева, а не из пластика. Эта древесина может быть сформирована в теплоизолирующий сыпучий материал с низкой теплопроводностью, превосходной механической прочностью и чрезвычайно высокой пористостью. Эти свойства делают его идеальным материалом для мембраны.
Деревянная Мембрана
Обычные системы фильтрации воды требуют откачки под высоким давлением, чтобы выжать воду через тонкую полимерную пленку, которая имеет крошечные поры, отфильтровывающие водные загрязнения. Обычно эти системы потребляют значительное количество энергии для создания высокого давления.
Новая мембрана, с другой стороны, сделана из тонкого куска американской липы. Он химически обработан, чтобы удалить нежелательные волокна в древесине и сделать поверхность скользкой для воды.
Мембрана нагревается с одной стороны, так что вода испаряется, когда она течет по этой стороне. Пары затем постепенно проходят через поры мембраны в сторону ее более холодной стороны, оставляя соль позади. В конце концов, другая сторона (более холодная) дает свежую, прохладную воду.
Поскольку вам не нужно кипятить всю соленую воду (за один раз нужно нагревать только тонкий слой воды), процесс требует меньше энергии. И в отличие от других коммерческих мембран, он не использует материалы на основе ископаемого топлива.
Новая система способна отфильтровывать 20 литров воды на квадратный метр мембраны каждый час. Это не так быстро, как другие полимерные мембраны, но процесс может быть ускорен в ближайшем будущем.
У исследователей не было инструментов для того, чтобы сделать их мембраны настолько тонкими, насколько это необходимо: они имеют толщину всего 500 микрометров, тогда как другие полимерные мембраны обычно имеют толщину 130 микрометров. Функциональный слой деревянной мембраны имеет толщину всего один микрометр, а остальное — сделать конструкцию достаточно твердой, чтобы она не ломалась легко.
Источник: