Опреснение морской воды для питья – сложная задача, требующая научного подхода. Ученые сосредоточены на совершенствовании мембран, применяемых в этом процессе. Такие исследования могут повысить эффективность и доступность опреснения.
Опреснительные установки позволяют получать пресную водуВ океане и солоноватой воде речных устьев обитают немного более 20 000 видов. Чаще всего их можно встретить в Саудовской Аравии, Объединенных Арабских Эмиратах, Израиле и Катаре. Число видов ожидаемо увеличится в ближайшие годы из-за растущего спроса на воду и истощения ресурсов. Обработка такой воды пока остаётся очень дорогой и энергоёмкой.
Три метода
Три метода применяются на этих заводах. Первый — термическая дистилляция. Во время процесса морская вода очищается от крупных примесей. Затем её нагревают до испарения в резервуарах, где оседают соли. Испарённая вода поступает в конденсационный резервуар и возвращается в жидком виде для деминерализации.
Вторым методом служит электродиализ, при котором вода проходит сквозь мембраны под воздействием электрического поля. Этот способ подходит лишь для воды с малой соленостью.
Техника обратного осмоса позволяет получать чистую воду. Воду сначала очищают, пропуская через песок и уголь, чтобы удалить примеси. Затем ее пропускают под высоким давлением через тонкую мембрану, которая удерживает соли. В конце добавляют минеральные соли для придания воде безопасности для употребления.
В недавнем исследовании ученые Техасского университета в Остине занимались оптимизацией мембран для опреснения воды, чтобы сделать процесс более доступным и дешевым.
«Мембранные установки обратного осмоса популярны для водоочистки, однако знания о них остаются ограниченными. — говорит Маниш Кумар, соавтор данного исследования. Нам было непонятно, как вода проходила сквозь
этих объектов. Помимо этого, все доработки, произведенные за последние сорок лет, фактически осуществлялись в неведении. «.
В журнале Учёные обнаружили способ повышения эффективности мембран для фильтрации воды на 30-40%. Успех достигается за счёт изменения плотности мембран на наноуровне.
Для изучения этих мембран исследователи применили мультимодальную электронную микроскопию, объединяющую химический анализ с трёхмерным наноразмерным картированием для моделирования очистки воды.
Результаты показали, что несоответствия и «мертвые зоны» в мембранах оказывают более существенное влияние, чем толщина мембран.
«Видно, как отдельные места кофейного фильтра гуще и реже. «, — объясняет инженер-химик Энрике Гомес. «С фильтрационными мембранами тоже так: поначалу кажется, что все одинаково, но на уровне наночастиц это уже не так. Важно правильно управлять распределением вещества, чтобы достичь высокой эффективности очистки воды. «.
Исследователи утверждают, что равномерное распределение плотности мембраны повысит эффективность очистки воды и снизит потребление энергии.