Новая деревянная мембрана очищает воду от загрязнений с меньшим энергопотреблением, чем доступные аналоги. Её высокая термическая эффективность, пропускная способность воды, надёжность и возможность масштабирования делают её подходящим материалом для мембранной дистилляции.
Согласно докладу ООН около 3,6 миллиардов человек, то есть половина населения Земли, живут в районах с возможным дефицитом воды. К 2050 году эта цифра может возрасти до 5 миллиардов. Изменение климата и быстрое развитие городов ухудшат ситуацию.
Сейчас для сокращения дефицита воды применяем процесс опреснения: извлекаем питьевую воду из загрязненных источников – сточных, грунтовых и морских вод. Нанотехнологии и передовые технологии в производстве способствуют развитию опреснения.
Современные методы опреснения воды недостаточно эффективны: этот процесс потребляет много энергии и нуждается в специальном оборудовании. Термически управляемый процесс разделения под названием «Мембранная дистилляция» может стать альтернативой, поскольку обладает большим потенциалом для опреснения соленой воды с помощью возобновляемых источников энергии.
В продаже имеются мембраны из синтетических полимеров, демонстрирующие тепловой КПД до 60%. Из-за получения полимеров из нефти такие мембраны стоят дорого и создают экологические проблемы.
Чтобы решить данную задачу, учёные из Принстонского университета разработали новую мембрану, созданную из натурального дерева. пластикаИз этой древесины можно получить теплоизолирующий сыпучий материал с малой теплопроводностью, отличной механической прочностью и очень высокой пористостью. Таких свойств достаточно для использования в качестве материала для мембран.
Деревянная Мембрана
Стандартные фильтры воды нуждаются в высокой подаче для прогона жидкости через тонкую полимерную мембрану с микроскопическими порами, задерживающими примеси. Такие системы часто расходуют много энергии для достижения необходимого давления.
Новая мембрана изготовлена из тонкой доски американской липы.
Нагрев мембраны с одной стороны вызывает испарение воды, которая течет по этой стороне. Пари движутся через поры мембраны к ее более холодной стороне, оставив соль позади. В итоге другая сторона (более холодная) дает чистую, прохладную воду.
Нагрев всего объема соленой воды не требуется, так как одновременно обрабатывается лишь тонкий слой, поэтому расход энергии снижается. В отличие от других коммерческих мембран, этот метод не прибегает к материалам, основанным на ископаемом топливе.
Новая система обеспечивает фильтрацию 20 литров воды на квадратный метр мембраны за час. Скорость процесса можно повысить в дальнейшем.
У исследователей не хватало инструментов для изготовления мембран такой тонкой: 500 микрон против обычных полимерных, имеющих толщину 130 микрон. Функциональный слой деревянной мембраны всего один микрометр, остальное — сделать конструкцию прочной.
Источник: