Klem hver dråbe ferskvand fra spildevandslagen

Ingeniører ved University of California, Riverside har udviklet en ny måde at genvinde næsten 100 procent af vandet fra stærkt koncentrerede saltopløsninger. Systemet vil afhjælpe vandmangel i tørre områder og reducere bekymringer omkring bortskaffelse af saltvand med saltvand, såsom hydraulisk brudaffald.

Forskningen, som involverer udviklingen af ​​et kulstof-nanorørbaseret varmeelement, der i høj grad vil forbedre indvindingen af ​​ferskvand under membrandestillationsprocesser, blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturnanoteknologi . David Jassby, en adjunkt i kemi og miljøteknik i UCR's Bourns College of Engineering, ledet projektet.

Selvom omvendt osmose er den mest almindelige metode til fjernelse af salt fra havvand, spildevand, og brakvand, den er ikke i stand til at behandle stærkt koncentrerede saltopløsninger. Sådanne løsninger, kaldet saltlage, genereres i enorme mængder under omvendt osmose (som affaldsprodukter) og hydraulisk frakturering (som produceret vand), og skal bortskaffes korrekt for at undgå miljøskader. Ved hydraulisk brud, produceret vand bortskaffes ofte under jorden i injektionsbrønde, men nogle undersøgelser tyder på, at denne praksis kan resultere i en stigning i lokale jordskælv.

En måde at behandle saltlage på er membrandestillation, en termisk afsaltningsteknologi, hvor varme driver vanddamp hen over en membran, tillader yderligere vandindvinding, mens saltet forbliver bagud. Imidlertid, varme saltlage er stærkt ætsende, hvilket gør varmevekslere og andre systemelementer dyre i traditionelle membrandestillationssystemer. Desuden, fordi processen er afhængig af vandets varmekapacitet, enkeltpasinddrivelser er ret lave (mindre end 10 procent), hvilket fører til komplicerede varmestyringskrav.

"I et ideelt scenario, termisk afsaltning ville tillade genvinding af alt vand fra saltlage, efterlader en lille mængde af et fast stof, krystallinsk salt, der kan bruges eller bortskaffes, "Sagde Jassby." Desværre, de nuværende membrandestillationsprocesser er afhængige af en konstant tilførsel af varm saltlage over membranen, hvilket begrænser vandindvinding på tværs af membranen til omkring 6 procent. "

For at forbedre dette, forskerne udviklede en selvopvarmende carbon-nanorørbaseret membran, der kun opvarmer saltlage ved membranoverfladen. Det nye system reducerede den nødvendige varme i processen og øgede udbyttet af genvundet vand til tæt på 100 procent.

Ud over den markant forbedrede afsaltningsevne, teamet undersøgte også, hvordan anvendelsen af ​​vekselstrømme på membranvarmeelementet kunne forhindre nedbrydning af carbon nanorør i saltvandsmiljøet. Specifikt, en tærskelfrekvens blev identificeret, hvor elektrokemisk oxidation af nanorørene blev forhindret, gør det muligt at betjene nanorørfilmene i betydelige tidsrum uden nogen formindskelse af ydeevnen. Den indsigt, som dette arbejde giver, vil gøre det muligt at anvende kul nanorørbaserede varmeelementer i andre applikationer, hvor elektrokemisk stabilitet i nanorørene er en bekymring.