En opskalering af nanoporøs membrancentrifuge til afsaltning af omvendt osmose uden tilsmudsning

Nylig forskning offentliggjort i et papir i TEKNOLOGI rapporterede et nyt design af en opskalering af nanoporøs membrancentrifuge (se figur 1 (a), (b), (c), og (d)) foreslået til afsaltning af omvendt osmose, med bevis på konceptet demonstreret gennem storskala molekylær dynamiksimuleringer.

Nanomaterialebaseret separationsmembranteknologi er blevet hyldet som game-changer inden for afsaltningsteknologi, imidlertid, der er to store forhindringer for at forhindre det i rigtige applikationer:(1) opskaleringsudfordringen, dvs. hvordan man laver en makroskala afsaltningsmaskine med nano-porøs membran, og (2) begroningsproblemet, dvs. hvordan man forhindrer Na+ og Cl-ioner i at blokere porerne i nanoskalaen uden at bruge meget energi. I dette arbejde, et team af forskere, hovedsageligt bestående af kandidat- og bachelorstuderende fra University of California-Berkeley, har konstrueret et genialt design af en opskaleret afsaltningscentrifuge (se figur 1), der er dekoreret med nanoskala porøs membran. De porøse membranplaster i nanoskala er en del af multiskala porestrukturen på centrifugevæggen (se figur 1 (e) og (f)), så den let kan fremstilles til afsaltning i industriel skala.

I øvrigt, i dette arbejde, vi har udført en simulering af molekylær dynamik i stor skala for at demonstrere afsaltningsprocessens molekylære mekanisme, at give beviset på konceptet for det nye design. Molekylær dynamiksimuleringen har overbevisende vist, at centrifugalkraften kan afbalancere osmosekraften og tilvejebringe kraften fra vand, der filtreres gennem porer i nanoskala. Desuden, ved at bruge den roterende væske i centrifugen som Couette -strømmen, centrifugens kritiske vinkelhastighed er afledt i første gang for en sådan klasse af afsaltningsmaskiner eller centrifuger. Molekylære dynamiksimuleringsresultaterne underbyggede den kritiske vinkelhastighed, der stammer fra væskemekanismen i kontinuumskalaen.

Mere markant, forskergruppen har fundet ud af, at der næsten ikke er begroning for afsaltningscentrifugen under simuleringen (se figur 2). Det viser sig, at ionkoncentrationen ikke stiger, når den nærmer sig membranvæggen, i stedet, det går ned, på grund af kombinationseffekterne af Coriolis -kraften og saltafvisning af grafenmembranvæggen, hvilket antyder et stort potentiale for en sådan nano-porøs membrancentrifuge. Rapporten vil blive offentliggjort i marts 2018 -udgaven af ​​tidsskrift TEKNOLOGI . Som projektets PI, Professor Shaofan Li fra UC Berkeley, sagde,

"Midt i klimaændringer og vand-energi bæredygtighedsspørgsmål, den foreslåede nanomembrancentrifuge er en banebrydende afsaltningsteknologi med en selvrensende mekanisme og en væsentligt forbedret energieffektivitet. Vores foreløbige resultater tyder på, at grafenmembrancentrifugen har et stort potentiale for skalering og bliver modellen for næste generations industrielle afsaltningsanordninger. ''