En mere effektiv måde at gøre saltvand til drikkevand

Vandmangel er et stort problem i hele verden. "Det påvirker alle kontinenter, "siger Amir Barati Farimani, en adjunkt i maskinteknik ved Carnegie Mellon University. "Fire milliarder mennesker lever under alvorlige vandmangel mindst en måned om året. En halv milliard mennesker lever under alvorlig vandmangel hele året."

Selvom folk kæmper uden adgang til sikkert drikkevand, der er oceaner af udrikkeligt vand lige uden for deres døre. "71% af verdens overflade er dækket af havvand, "Siger Barati Farimani." Så det er en meget interessant modsigelse. "

For at bekæmpe dette problem, Barati Farimani har fokuseret sin forskning på afsaltning af vand. Dette er den proces, hvor salt havvand kan omdannes til ferskvand.

Der er mange måder at afsaltes vand på, men en af ​​de mest effektive er membranafsaltning. I denne metode, vand skubbes gennem en tynd membran med små huller. Vandet strømmer gennem porerne, men saltionerne kan ikke, efterlader kun ferskvand på den anden side.

I sin seneste forskning, Barati Farimani undersøger potentialet i en ny type membran, kaldet en metal-organisk ramme (MOF). "Disse membraner består af både metalcentret og organisk forbindelse, "Siger Barati Farimani. Den organiske forbindelse og metal forbindes i et femkantet mønster, efterlader et hul i midten, der fungerer som en pore. "Hvis du ser på dem, de er som en honningkage, "Tilføjer Barati Farimani.

Der er et par grunde til, at rammen er mere effektiv. Først, den er utrolig tynd. Det er et par atomer tykke, hvilket betyder, at der er meget lidt friktion, når vandmolekylerne passerer gennem porerne.

Derudover placeringen af ​​porerne hjælper med gennemtrængning. "Når du ikke har tilstødende porer, der er et stort pres fra væggen på molekylerne, "Siger Barati Farimani. Dette gør afsaltningsprocessen mindre effektiv. For at forstå hvorfor, forestil dig at hælde vand i en tragt. Vandet bevæger sig langsommere gennem hullet for enden, fordi det skubbes mod væggene og presses gennem et lille rum.

MOF, på den anden side, har flere tilstødende porer. "Der er intet pres fra væggen, "Siger Barati Farimani." Og det giver dem denne mulighed for lettere at passere gennem poren. "Forestil dig at hælde vand gennem en sil denne gang - det bevæger sig meget hurtigere, fordi den har flere udgangspunkter, den kan flygte igennem.

Endelig, MOF har mere strukturel integritet end andre materialer. I de fleste materialer, forskere skal bore små huller for at skabe de nødvendige porer, som begrænser mængden, der kan oprettes pr. overfladeareal. "Hvis du vil lave mange porer, grafen eller MoS ₂ kan ikke gøre det, "Siger Barati Farimani." Strukturelt kan de ikke holde presset. "

Men takket være dens bikagestruktur, MOF er iboende porøs. Dette tillader et højere forhold mellem porer og overfladeareal. Det sparer også tid og energi, da porerne ikke skal bores, eller endda justeret i størrelse.

Forskellene mellem MOF og andre typiske membraner er bemærkelsesværdige, både hvad angår hvor hurtigt vand passerer igennem, og hvor mange ioner der afvises. Og det er bare at se på en simulering af et par porer. Et afsaltningsanlæg kan have milliarder af porer, øge effektiviteten eksponentielt. "I omfanget af en stor operation, det ville være enormt, "Siger Barati Farimani." Selv en lille stigning i effektiviteten ville betyde et stort spring. "

Barati Farimanis artikel om hans forskning blev offentliggjort i Nano bogstaver , et månedligt fagfællebedømt videnskabeligt tidsskrift udgivet af American Chemical Society. Det føjer til en voksende samtale om afsaltning af vand og repræsenterer et vigtigt skridt fremad i feltet.

Udover akademikernes verden, Barati Farimani håber, at hans forskning kan få indflydelse på menneskers liv. "Vi skal levere ferskvand til mange dårligt stillede mennesker, som i Afrika eller andre steder, "siger han." Grundlæggende er det vores mission - at gøre det så energieffektivt, at vi har afsaltning af vand overalt. "