Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Fra havvand til ferskvand med et nanoteknologisk filter

I denne måneds Fysik verden , Jason Reese, Weir professor i termodynamik og væskemekanik ved University of Strathclyde, beskriver den rolle, kulstof nanorør (CNT'er) kan spille i afsaltning af vand, give en mulig løsning på problemet med verdens stadigt voksende befolkning, der efterspørger mere og mere frisk drikkevand.

Globale befolkningsfremskrivninger tyder på, at den verdensomspændende efterspørgsel efter vand vil stige med en tredjedel inden 2030.

Men med mere end en milliard mennesker, der allerede oplever mangel på drikkevand, og med et potentiale på 3-4 o C stigning i temperatur og efterfølgende omfordeling af nedbørsmønstre, tingene bliver sandsynligvis endnu værre.

CNT'er - i det væsentlige plader af et-atom tykt kulstof rullet til cylindre - er blevet undersøgt af Reese og hans forskningsgruppe, ved hjælp af computersimuleringer, som en ny måde at tackle denne udfordring på og omdanne rigeligt havvand til rent, rent drikkevand.

Deres teknik er baseret på osmoseprocessen - den naturlige bevægelse af vand fra et område med lav koncentration af opløst stof over en permeabel membran til en region med høj koncentration. Men ligesom med de fleste eksisterende vandafsaltningsanlæg, Reeses teknik bruger faktisk den modsatte proces af "omvendt osmose", hvor vandet bevæger sig i den modsatte retning, efterlader det salte vand rent.

Man kan forestille sig en stor tank med vand, adskilt i to sektioner af en permeabel membran, hvor den ene halvdel indeholder ferskvand og den anden halvdel indeholder havvand. Den naturlige bevægelse af vand ville bevæge sig fra ferskvandssiden til havvandssiden for at forsøge at fortynde havvandet og neutralisere koncentrationerne.

Men i omvendt osmose påføres et stort tryk på havvandssiden af ​​tanken, som vender processen om, få vandet til at bevæge sig ind i ferskvandssiden og efterlade saltet.

Selvom denne proces kan fjerne det nødvendige salt- og mineralindhold fra vandet, det er utroligt ineffektivt, og det er dyrt at producere de høje tryk.

Reese har, imidlertid, vist, at CNT'er realistisk kan forvente at have vandpermeabilitet 20 gange større end moderne kommercielle omvendt osmose-membraner, i høj grad reducere omkostningerne og energien, der kræves til afsaltning. Derudover CNT'er er meget effektive til at frastøde saltioner, mere, fordi specifikke kemiske grupper kan knyttes til dem for at skabe en specifik "gatekeeper"-funktion.

Som Reese skriver, "Den hellige gral ved afsaltning af omvendt osmose kombinerer høje vandtransporthastigheder med effektiv saltionafvisning. Selvom der stadig er mange spørgsmål, det spændende potentiale af membraner af nanorør til at transformere afsaltning og vandrensningsprocesser er klart, og er en meget reel og socialt progressiv brug af nanoteknologi."


Varme artikler