Insekter inspirerer grønnere, billigere membraner til afsaltning

En ny membran lavet af vandvåde materialer har specialdesignede gasindfangende porer, der gør det muligt for den samtidig at adskille varme, salt fra køligt, rent vand, samtidig med at det letter overførslen af ​​ren damp fra den ene side til den anden. Dette princip, designet af KAUST-forskere, kan føre til grønnere, billigere afsaltningsmembraner.

I øjeblikket, supervandafvisende perfluorcarbonmembraner bruges populært til en afsaltningsproces kendt som membrandestillation (MD). Men perfluorcarboner er dyre, ikke-biologisk nedbrydelige og sårbare over for tilsmudsning og beskadigelse ved højere temperaturer, forklarer KAUST postdoc-stipendiat Ratul Das.

Med det formål at udvikle perfluorcarbon-fri alternativer, Himanshu Mishra og hans team af forskere ved KAUST's Water Desalination and Reuse Center hentede inspiration fra to insekter:springhaler, der lever i våd jord og søskatere, der lever i åbne oceaner. Begge har svampeformede mikroteksturer, der dækker deres neglebånd og hår, der spontant kan fange livsopretholdende luft, hvis insekterne bliver nedsænket i vand. "Vi efterlignede disse funktioner på vandvåde (ikke-vandbestandige) materialer. De resulterende overflader fanger kraftigt luft ved nedsænkning i væsker. Ideen om gasindfangende membraner blev født, " siger Mishra.

Mishras team udviklede protokoller til at skabe lodrette porer i tynde plader. Diametrene af poreindløbene og -udgangene var brat mindre end porekanalerne. "Vi begyndte med at lege med tynde skiver af silicium for at udvikle porer med disse tilbagevendende kanter, " siger Mishra. "Disse kanter forhindrer væsker i at trænge ind i porerne, " forklarer han. "Vi var i stand til at opnå funktionen af ​​perfluorerede membraner ved at udnytte denne bio-inspirerede tekstur ved hjælp af vandvåde materialer, som kan synes at trodse konventionel visdom." Når en siliciummembran med simple cylindriske porer nedsænkes i vand, den er helt fyldt inden for 1 sekund. Silica gas-indfangende membraner (GEM'er), på den anden side, fanger luft robust i deres porer, når de er nedsænket i vand, og kan forblive intakt i mere end seks uger.

Holdet udforskede derefter at anvende det samme princip på en billigere, let fremstillet vandvådt materiale kaldet poly-methylmethacrylat (PMMA), forklarer Sankara Arunachalam, en forskningstekniker i Mishras team. "PMMA-GEM'er adskilte kraftigt strømme af varme, saltfoder fra koldt vand i mere end 90 timer med en saltafvisning på 100 procent, " han siger.

"Så vidt vi ved, dette er den første nogensinde demonstration af MD-membraner afledt af iboende fugtende materialer, " siger Mishra. "Fordelene er indlysende:almindelig vandvåd plast, såsom PMMA, er væsentligt billigere end perfluorerede, er miljøvenlige, og kan modstå hårdere driftsforhold. Tværfaglige undersøgelser er nødvendige for at vurdere skalerbarheden og pålideligheden af ​​denne tilgang."

Resultaterne kunne frigøre potentialet for almindelige vandvåde materialer for grønnere, billigere afsaltning.