Forskere opdager en effektiv og bæredygtig måde at filtrere salt- og metalioner fra vand på

Med to milliarder mennesker verden over mangler adgang til rent og sikkert drikkevand, fælles forskning fra Monash University, CSIRO og University of Texas i Austin offentliggjort i dag i Videnskabernes fremskridt kan tilbyde en ny banebrydende løsning.

Det hele kommer ned til metal-organiske rammer (MOF'er), et fantastisk næste generations materiale, der har det største indre overfladeareal af et kendt stof. De svampeagtige krystaller kan bruges til at fange, opbevare og frigive kemiske forbindelser. I dette tilfælde, saltet og ionerne i havvandet.

Dr Huacheng Zhang, Professor Huanting Wang og lektor Zhe Liu og deres team på Det Tekniske Fakultet ved Monash University i Melbourne, Australien, i samarbejde med Dr. Anita Hill fra CSIRO og professor Benny Freeman fra McKetta Department of Chemical Engineering ved University of Texas i Austin, har for nylig opdaget, at MOF-membraner kan efterligne filtreringsfunktionen, eller 'ionselektivitet', af organiske cellemembraner.

Med videreudvikling, disse membraner har et betydeligt potentiale til at udføre de dobbelte funktioner med at fjerne salte fra havvand og adskille metalioner på en yderst effektiv og omkostningseffektiv måde, tilbyder en revolutionerende ny teknologisk tilgang til vand- og mineindustrien.

I øjeblikket, omvendt osmose membraner er ansvarlige for mere end halvdelen af ​​verdens afsaltningskapacitet, og den sidste fase af de fleste vandbehandlingsprocesser, alligevel har disse membraner plads til forbedring med en faktor på 2 til 3 i energiforbrug. De fungerer ikke efter principperne om dehydrering af ioner, eller selektiv iontransport i biologiske kanaler, emnet for 2003 Nobelprisen i kemi tildelt Roderick MacKinnon og Peter Agre, og har derfor betydelige begrænsninger.

I mineindustrien, membranprocesser udvikles for at reducere vandforurening, samt til genvinding af værdifulde metaller. For eksempel, lithium-ion-batterier er nu den mest populære strømkilde til mobile elektroniske enheder, dog med det nuværende forbrug, der er en stigende efterspørgsel, der sandsynligvis vil kræve lithiumproduktion fra ikke-traditionelle kilder, såsom genvinding fra saltvand og affaldsprocesstrømme. Hvis det er økonomisk og teknologisk muligt, direkte udvinding og rensning af lithium fra et så komplekst væskesystem ville have dybtgående økonomiske konsekvenser.

Disse innovationer er nu mulige takket være denne nye forskning. Monash Universitys professor Huanting Wang sagde, "Vi kan bruge vores resultater til at løse udfordringerne ved afsaltning af vand. I stedet for at stole på de nuværende kostbare og energikrævende processer, denne forskning åbner mulighed for at fjerne saltioner fra vand på en langt mere energieffektiv og miljømæssigt bæredygtig måde."

"Også, dette er kun begyndelsen på potentialet for dette fænomen. Vi vil fortsætte med at forske i, hvordan lithium-ion-selektiviteten af ​​disse membraner kan anvendes yderligere. Lithiumioner er rigeligt i havvand, så dette har konsekvenser for mineindustrien, som i øjeblikket bruger ineffektive kemiske behandlinger til at udvinde lithium fra sten og saltlage. Den globale efterspørgsel efter lithium, der kræves til elektronik og batterier, er meget høj. Disse membraner giver mulighed for en meget effektiv måde at udvinde lithiumioner fra havvand, en rigelig og let tilgængelig ressource."

Bygger på den voksende videnskabelige forståelse af MOF'er, CSIROs Dr. Anita Hill sagde, at forskningen tilbyder en anden potentiel anvendelse i den virkelige verden for næste generations materiale. "Udsigten til at bruge MOF'er til bæredygtig vandfiltrering er utrolig spændende fra et offentligt gode perspektiv, mens levering af en bedre måde at udvinde lithium-ioner for at imødekomme den globale efterspørgsel kunne skabe nye industrier for Australien, " sagde Dr Hill.

Professor Benny Freeman fra University of Texas i Austin siger:"Produceret vand fra skifergasfelter i Texas er rigt på lithium. Avancerede separationsmaterialekoncepter, som denne, potentielt kunne gøre denne affaldsstrøm til en ressourcegenvindingsmulighed. Jeg er meget taknemmelig for at have haft muligheden for at arbejde sammen med disse fornemme kolleger fra Monash og CSIRO via den australsk-amerikanske Fulbright Commission for U.S. Fulbright Distinguished Chair in Science, Teknologi og innovation sponsoreret af Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO)."