Làm thế nào về khử mặn nước biển hiệu quả? Nhiều nước với giá thấp
Tiếp cận với nước sạch, nước uống an toàn là một nhu cầu mà rất nhiều nơi trên thế giới vẫn chưa được đáp ứng đầy đủ. Quá trình khử muối trong nước biển sẽ giúp ích rất nhiều cho nhiều khu vực trên thế giới, tất nhiên, nếu có sẵn các phương pháp hiệu quả tương xứng và trong phạm vi nền kinh tế hợp lý.
Hy vọng mới cho sự phát triển của chi phí hiệu quả cách lấy nước ngọt bằng cách loại bỏ muối biển xuất hiện vào năm ngoái khi các nhà nghiên cứu báo cáo kết quả của các nghiên cứu sử dụng vật liệu loại khung kim loại (MOF) để lọc nước biển. Các nhà nghiên cứu cho biết, phương pháp mới do một nhóm nghiên cứu tại Đại học Monash của Australia phát triển, đòi hỏi ít năng lượng hơn đáng kể so với các phương pháp khác.
Bộ xương kim loại MOF là những vật liệu có độ xốp cao với diện tích bề mặt lớn. Bề mặt làm việc lớn được cuộn thành khối lượng nhỏ rất tốt cho quá trình lọc, tức là bắt các hạt và các phần tử trong chất lỏng (1). Loại MOF mới được gọi là PSP-MIL-53 dùng để bẫy muối và các chất ô nhiễm trong nước biển. Được đặt trong nước, nó giữ lại một cách chọn lọc các ion và tạp chất trên bề mặt của nó. Trong vòng 30 phút, MOF đã có thể giảm tổng chất rắn hòa tan (TDS) của nước từ 2,233 ppm (ppm) xuống dưới 500 ppm. Mức này rõ ràng là thấp hơn ngưỡng 600 ppm mà Tổ chức Y tế Thế giới khuyến nghị về nước uống an toàn.
1. Hình dung về hoạt động của màng cơ kim trong quá trình khử muối nước biển.
Sử dụng kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu có thể sản xuất tới 139,5 lít nước ngọt cho mỗi kg vật liệu MOF mỗi ngày. Một khi mạng MOF được “lấp đầy” bởi các hạt, nó có thể được làm sạch nhanh chóng và dễ dàng để tái sử dụng. Để làm điều này, nó được đặt dưới ánh sáng mặt trời, sẽ giải phóng các muối bị mắc kẹt chỉ trong XNUMX phút.
“Quy trình khử muối bay hơi bằng nhiệt tiêu tốn nhiều năng lượng, trong khi các công nghệ khác như thẩm thấu ngược (2), chúng có nhiều nhược điểm, bao gồm tiêu thụ nhiều năng lượng và hóa chất để làm sạch màng và khử clo, ”Huanting Wang, trưởng nhóm nghiên cứu tại Monash, giải thích. “Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng dồi dào và tái tạo nhất trên Trái đất. Quy trình khử mặn dựa trên vật liệu hấp phụ mới của chúng tôi và việc sử dụng ánh sáng mặt trời để tái tạo mang đến giải pháp khử mặn tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường. ”
2. Hệ thống khử mặn nước biển thẩm thấu ở Ả Rập Xê Út.
Từ graphene đến hóa học thông minh
Trong những năm gần đây, nhiều ý tưởng mới đã xuất hiện để khử mặn nước biển hiệu quả năng lượng. "Kỹ thuật viên trẻ" giám sát chặt chẽ sự phát triển của các kỹ thuật này.
Chúng tôi đã viết, trong số những thứ khác, về ý tưởng của người Mỹ tại Đại học Austin và người Đức tại Đại học Marburg, sử dụng một con chip nhỏ từ vật liệu có dòng điện có hiệu điện thế không đáng kể (0,3 vôn) chạy qua. Trong nước muối chảy bên trong kênh của thiết bị, các ion clo được trung hòa một phần và hình thành điện trườngnhư trong các tế bào hóa học. Kết quả là muối chảy theo một hướng và nước ngọt theo hướng khác. Cô lập xảy ra nước ngọt.
Các nhà khoa học Anh từ Đại học Manchester, dẫn đầu bởi Rahul Nairi, đã tạo ra một chiếc sàng làm từ graphene vào năm 2017 để loại bỏ muối ra khỏi nước biển một cách hiệu quả.
Trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Nanotechnology, các nhà khoa học cho rằng nó có thể được sử dụng để tạo màng khử muối. ôxít graphene, thay vì graphene nguyên chất khó kiếm và đắt tiền. Graphene một lớp cần được khoan thành các lỗ nhỏ để có thể thấm được. Nếu kích thước lỗ lớn hơn 1 nm, các muối sẽ tự do đi qua lỗ, do đó lỗ cần khoan phải nhỏ hơn. Đồng thời, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng màng graphene oxit làm tăng độ dày và độ xốp khi ngâm trong nước. Đội ngũ bác sĩ. Nairi cho thấy rằng việc phủ lớp màng bằng graphene oxide với một lớp nhựa epoxy bổ sung đã làm tăng hiệu quả của lớp màng chắn. Các phân tử nước có thể đi qua màng, nhưng natri clorua thì không.
Một nhóm các nhà nghiên cứu Ả Rập Xê-út đã phát triển một thiết bị mà họ tin rằng sẽ biến một nhà máy điện từ "nơi tiêu thụ" nước thành "nhà sản xuất nước ngọt" một cách hiệu quả. Các nhà khoa học đã công bố một bài báo mô tả điều này trên tạp chí Nature cách đây vài năm. công nghệ năng lượng mặt trời mớicó thể khử muối trong nước và sản xuất đồng thời điện.
Trong nguyên mẫu được chế tạo, các nhà khoa học đã lắp đặt một máy tạo nước ở phía sau. pin năng lượng mặt trời. Trong ánh sáng mặt trời, tế bào tạo ra điện và tỏa nhiệt. Thay vì thất thoát nhiệt này vào bầu khí quyển, thiết bị hướng năng lượng này đến một nhà máy sử dụng nhiệt này làm nguồn năng lượng cho quá trình khử muối.
Các nhà nghiên cứu đã đưa nước muối và nước có chứa các tạp chất kim loại nặng như chì, đồng và magiê vào thiết bị chưng cất. Thiết bị này biến nước thành hơi nước, sau đó đi qua một màng nhựa để lọc bỏ muối và các mảnh vụn. Kết quả của quá trình này là nước uống tinh khiết đạt tiêu chuẩn an toàn của Tổ chức Y tế Thế giới. Các nhà khoa học cho biết, nguyên mẫu rộng khoảng một mét này có thể tạo ra 1,7 lít nước sạch mỗi giờ. Nơi lý tưởng cho một thiết bị như vậy là ở nơi có khí hậu khô hoặc nửa khô, gần nguồn nước.
Guihua Yu, một nhà khoa học vật liệu tại Đại học Bang Austin, Texas, và các đồng đội của anh ấy đã đề xuất vào năm 2019 lọc hydrogel trong nước biển một cách hiệu quả, hỗn hợp polymetạo ra một cấu trúc xốp, hấp thụ nước. Yu và các đồng nghiệp của ông đã tạo ra một miếng bọt biển gel từ hai polyme: một là polyme liên kết với nước được gọi là polyvinyl alcohol (PVA) và một là chất hấp thụ ánh sáng gọi là polypyrrole (PPy). Họ đã pha trộn một loại polymer thứ ba gọi là chitosan, chất này cũng có sức hút mạnh với nước. Các nhà khoa học báo cáo trên tạp chí Science Advances rằng họ đã đạt được sản lượng nước tinh khiết là 3,6 lít mỗi giờ trên mỗi mét vuông bề mặt tế bào, cao nhất từng được ghi nhận và tốt hơn khoảng XNUMX lần so với những gì được sản xuất ngày nay trong các phiên bản thương mại.
Bất chấp sự nhiệt tình của các nhà khoa học, người ta không nghe nói rằng các phương pháp khử muối siêu hiệu quả và kinh tế bằng cách sử dụng vật liệu mới sẽ được ứng dụng thương mại rộng rãi hơn. Hãy cẩn thận cho đến khi điều đó xảy ra.
