Дефицит воды - это всемирная проблема. В этом году ООН сообщила, что почти половина населения мира (~ 3,6 миллиарда человек) в настоящее время проживает в потенциально дефицитных регионах, по крайней мере, 1 месяц в год. Это число может возрасти до 4,8-5,7 млрд к 2050 году. Эта проблема усугубляется изменением климата и быстрой урбанизацией, о чем свидетельствуют продолжительные периоды засухи и более частые лесные пожары.
Однако, несмотря на достижение предела энергоэффективности (~ 50%), современные процессы опреснения воды, такие как обратный осмос, все еще являются энергоемкими (от 2 до 4 киловатт-час м -3 ). Тем не менее, во многих регионах, которые могут извлечь выгоду из этой технологии, увеличение поставок возобновляемой, но непостоянной солнечной энергии в формате тепла или электричества создает большие возможности для солнечного опреснения, что также смягчает проблемы, связанные с накоплением энергии.
При мембранной дистилляции (MD) соленая вода прокачивается через пленку, обычно сделанную из какого-то полимера с очень узкими порами, которые отфильтровывают соль и пропускают только молекулы воды. Джейсон Рен из Принстонского университета в Нью-Джерси и его коллеги разработали новый тип мембраны из натурального дерева вместо пластика.
Стоит отметить, что опреснить и очистить воду – это дорогой и затратный процесс, так как нужно использовать много ресурсов. Однако если создать специальную мембрану, в основе которой будет лежать древесина, фильтрация станет намного дешевле и легче.
Ученые обработали новую мембрану химическим составом. Он отделяет волокна фильтра и делает его поверхность скользкой. Молекулы воды не могут зацепиться за него. Одна из сторон фильтра нагревается, вода проходит через поры. На холодной стороне устройства оседает соль.
Гидрофобная натуральная древесная месбрана
Мембрана сделана из тонкого куска американского липы, который подвергается химической обработке, чтобы удалить лишние волокна в древесине и сделать ее поверхность скользкой для молекул воды. Одна сторона мембраны нагревается, так что когда вода течет по этой стороне, она испаряется.
Водяной пар затем проходит через поры в мембране к более холодной стороне и оставляет соль, конденсируясь как свежая, прохладная вода. Рен говорит, что для этого требуется гораздо меньше энергии, чем просто кипятить всю соленую воду, потому что нет необходимости поддерживать высокую температуру одновременно более чем тонким слоем воды.
Опресняя воду этим методом получили 20 килограммов воды на квадратный метр мембраны в час, что не так быстро, как у полимерных мембран. Исследователи полагают, что это может быть связано с тем, что у них не было оборудования для изготовления тонкой мембраны: ее толщина составляет 500 микрометров, тогда как толщина полимерных мембран обычно составляет около 130 микрометров.
Ученые заявили, что нужно сделать фильтр тоньше, тогда производительность увеличится. Новый фильтр энергетически менее затратный, чем если использовать обычное кипячение соленой воды.
.
Итог
Современная мембранная дистилляция (MD) подвергается сомнению из-за неэффективности термического отделения воды от растворенных растворенных веществ, контролируемого пористостью мембраны и теплопроводностью.
Существующие полимерные мембраны, полученные из нефти, сталкиваются с серьезными препятствиями для развития.
Мембрана изготовленная из устойчивого древесного материала - гидрофобная нановолокнистая мембрана - имееет высокую пористость (89 ± 3%), а высокая теплопроводность вдоль волокна обеспечивает эффективное рассеивание тепла в осевом направлении. В результате мембрана продемонстрировала превосходную собственную паропроницаемость и термический КПД (~ 70% при 60 ° C).
