Afsaltning kan hjælpe ingeniører med at producere rent vand mere effektivt

Et hold ledet af forskere fra Imperial College London undersøgte, hvordan vandmolekyler bevæger sig i et begrænset rum - i dette tilfælde gennem en polyamid (PA) membran, der bruges til at fjerne salt fra havvand for at producere ferskvand.

Undersøgelsen kan have en betydelig indvirkning på processerne for vandrensning og afsaltning, som er vigtige for drikkevand og vand, der bruges til industrielle processer, herunder i landbrug og energisystemer.

Man havde tidligere troet, at vand opfører sig inde i membraner på samme måde som, hvordan det opfører sig, når det ikke er fanget, såsom når vand opbevares i et glas, men dette forekom usandsynligt for professor Joao Cabral, hovedforfatter af undersøgelsen, fra Imperials afdeling for kemiteknik.

Professor Cabral siger "det lød bare urimeligt for mig - at et molekyle begrænset til rum, der kun er lidt større end størrelsen af ​​molekylerne selv, ville bevæge sig, som om det var ubehæftet."

Forskerholdet brugte en eksperimentel teknik kaldet kvasi-elastisk og uelastisk neutronspredning i en atomreaktor til at måle geometrien af ​​vandets molekylære bevægelser og beregne flere diffusionskoefficienter – hvor hurtigt vandet diffunderede gennem membranmaterialet.

Dette gjorde det muligt for dem at forstå, hvad der skete på molekylært niveau, idet forskere målte interaktionerne mellem neutroner og en prøve for at fortolke egenskaberne ved vandmolekylerne.

Professor Cabral bemærkede, at disse typer af komplekse eksperimenter kun er opnåelige gennem internationalt samarbejde, i dette tilfælde gennem arbejde med eksperter fra Institut Laue-Langevin i Grenoble, Frankrig.

Design af næste generation af membraner

Betydningen af ​​undersøgelsen er, at den vil give ingeniører, der designer den næste generation af membraner til afsaltning og vandrensning, mulighed for at forankre deres arbejde med præcise målinger.

Professor Cabral sagde, at "folk forsøger at designe nye materialer, og måden at gøre det på kan være gennem forsøg og fejl, så ingeniører vil forsøge at kombinere forskellige materialer, indtil de opnår overlegne egenskaber."

"Den empiriske måde har stort set haft sin gang, for de nuværende membraner til industriel afsaltning i stor skala er stadig stort set baseret på dem, der blev udviklet tilbage i 1970'erne."

"Feltet har nået et punkt, hvor der skal ske noget nyt."

En måde at designe nye materialer på er at bruge computersimuleringer, men disse simulatorer har tidligere ikke været i stand til at få adgang til strenge eksperimentelle målinger for at forankre deres arbejde.

Imperial-forskeren tilføjede, at deres "undersøgelse nu giver alle, der ønsker at opfinde nye materialer, at forankre og validere deres arbejde med disse meget præcise værdier for, hvor hurtigt vand er i stand til at bevæge sig hen over membranen, og med hvilke mekanismer vand kan bevæge sig hen over denne plastik. ark."

Undersøgelsen, som også omfattede forskere fra University College London og Queen Mary University of London, blev udført ved hjælp af en polyamid (PA) membran, så næste skridt for forskningen ville være at undersøge vandmolekylers adfærd i andre membraner.

Professor Cabral sagde, at forskerholdet også gerne vil se på, hvordan vandmolekylerne opfører sig i andre scenarier, såsom når de sættes under forskellige tryk, eller når forskellige typer salte fjernes fra vandet.

Forskningen er publiceret i Nature Communications . + Udforsk yderligere

Fremtiden for afsaltning? En hurtig, effektiv, selektiv membran til rensning af saltvand