การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลที่มีประสิทธิภาพเป็นอย่างไร? น้ำปริมาณมากในราคาต่ำ

การเข้าถึงน้ำดื่มที่สะอาดและปลอดภัยเป็นความต้องการที่ขาดแคลนในหลายส่วนของโลก การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลจะช่วยได้มากในหลายส่วนของโลก ถ้าแน่นอนว่ามีวิธีที่มีประสิทธิภาพเพียงพอและอยู่ในภาวะเศรษฐกิจที่สมเหตุสมผล

ความหวังใหม่ในการพัฒนาความคุ้มค่า วิธีการรับน้ำจืดโดยการกำจัดเกลือทะเล ปรากฏเมื่อปีที่แล้วเมื่อนักวิจัยรายงานผลการศึกษาโดยใช้วัสดุประเภท โครงกระดูกออร์แกนิก (MOF) สำหรับการกรองน้ำทะเล วิธีการใหม่ที่พัฒนาโดยทีมงานของมหาวิทยาลัย Monash ของออสเตรเลียนั้นใช้พลังงานน้อยกว่าวิธีอื่นๆ อย่างมาก นักวิจัยกล่าว

ก.พ.ศ เป็นวัสดุที่มีรูพรุนสูงโดยมีพื้นที่ผิวกว้าง พื้นผิวการทำงานขนาดใหญ่รีดเป็นปริมาณน้อยเหมาะสำหรับการกรอง กล่าวคือ ดักจับอนุภาคและอนุภาคในของเหลว (1) กระทรวงการคลังรูปแบบใหม่เรียกว่า PSP-MIL-53 ใช้ในการดักจับเกลือและมลพิษในน้ำทะเล เมื่อวางในน้ำ จะคัดเลือกไอออนและสิ่งสกปรกบนผิวของมัน ภายใน 30 นาที MOF สามารถลดปริมาณของแข็งที่ละลายได้ทั้งหมด (TDS) ของน้ำจาก 2,233 ppm (ppm) ให้ต่ำกว่า 500 ppm ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์ 600 ppm ที่แนะนำโดยองค์การอนามัยโลกสำหรับน้ำดื่มที่ปลอดภัย

1. การสร้างภาพการทำงานของเมมเบรนออร์แกนิกระหว่างการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

เมื่อใช้เทคนิคนี้ นักวิจัยสามารถผลิตน้ำจืดได้มากถึง 139,5 ลิตรต่อกิโลกรัมของวัสดุ MOF ต่อวัน เมื่อเครือข่ายกระทรวงการคลัง "เต็มไปด้วย" อนุภาค ก็สามารถทำความสะอาดเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เกลือนี้จะถูกวางไว้ในแสงแดด ซึ่งจะปล่อยเกลือที่ติดอยู่ภายในเวลาเพียงสี่นาที

“กระบวนการกลั่นน้ำทะเลแบบระเหยด้วยความร้อนนั้นใช้พลังงานมาก ในขณะที่เทคโนโลยีอื่นๆ เช่น รีเวิร์สออสโมซิส (2) พวกเขามีข้อเสียมากมาย รวมถึงการใช้พลังงานและสารเคมีในการทำความสะอาดเมมเบรนและการขจัดคลอรีนสูง” Huanting Wang หัวหน้าทีมวิจัยของ Monash อธิบาย “แสงแดดเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในโลก กระบวนการแยกเกลือออกจากเกลือที่ใช้ตัวดูดซับแบบใหม่ของเราและการใช้แสงแดดเพื่อการสร้างใหม่ ให้โซลูชันการแยกเกลือออกจากเกลือที่ประหยัดพลังงานและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม”

2. ระบบกรองน้ำทะเลแบบออสโมซิสในซาอุดิอาระเบีย

จากกราฟีนสู่เคมีอัจฉริยะ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีแนวคิดใหม่ๆ เกิดขึ้นมากมายสำหรับ การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลอย่างประหยัดพลังงาน. “ช่างหนุ่ม” ติดตามการพัฒนาเทคนิคเหล่านี้อย่างใกล้ชิด

เราเขียนเกี่ยวกับความคิดของคนอเมริกันที่มหาวิทยาลัยออสตินและชาวเยอรมันที่มหาวิทยาลัยมาร์บูร์กซึ่ง ใช้ชิปตัวเล็กๆ จากวัสดุที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเล็กน้อย (0,3 โวลต์) ในน้ำเกลือที่ไหลภายในช่องของอุปกรณ์ คลอรีนไอออนจะถูกทำให้เป็นกลางและก่อตัวขึ้นบางส่วน สนามไฟฟ้าเช่นเดียวกับในเซลล์เคมี ผลกระทบคือเกลือไหลในทิศทางเดียวและน้ำจืดในอีกทางหนึ่ง ความโดดเดี่ยวเกิดขึ้น น้ำจืด.

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ นำโดย Rahul Nairi ได้สร้างตะแกรงที่ใช้กราฟีนขึ้นในปี 2017 เพื่อขจัดเกลือออกจากน้ำทะเลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Nanotechnology นักวิทยาศาสตร์แย้งว่าสามารถใช้เพื่อสร้างเยื่อกรองน้ำทะเลได้ กราฟีนออกไซด์แทนที่จะเป็นกราฟีนบริสุทธิ์ที่หายากและมีราคาแพง ต้องเจาะกราฟีนชั้นเดียวเป็นรูเล็ก ๆ เพื่อให้ซึมผ่านได้ ถ้ารูมีขนาดใหญ่กว่า 1 นาโนเมตร เกลือจะทะลุผ่านรูได้อย่างอิสระ ดังนั้นรูที่จะเจาะจะต้องเล็กกว่า ในเวลาเดียวกัน จากการศึกษาพบว่าเยื่อกราฟีนออกไซด์ช่วยเพิ่มความหนาและความพรุนเมื่อแช่ในน้ำ ทีมหมอ. Nairi แสดงให้เห็นว่าการเคลือบเมมเบรนด้วยกราฟีนออกไซด์ด้วยอีพอกซีเรซินอีกชั้นหนึ่งเพิ่มประสิทธิภาพของสิ่งกีดขวาง โมเลกุลของน้ำสามารถผ่านเมมเบรนได้ แต่โซเดียมคลอไรด์ไม่สามารถทำได้

กลุ่มนักวิจัยชาวซาอุดิอาระเบียได้พัฒนาอุปกรณ์ที่พวกเขาเชื่อว่าจะเปลี่ยนโรงไฟฟ้าจาก "ผู้บริโภค" ของน้ำให้กลายเป็น "ผู้ผลิตน้ำจืด" ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นักวิทยาศาสตร์ได้ตีพิมพ์บทความอธิบายเรื่องนี้ใน Nature เมื่อไม่กี่ปีก่อน เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ใหม่ซึ่งสามารถแยกน้ำออกจากน้ำและผลิตได้ในเวลาเดียวกัน ไฟฟ้า.

ในต้นแบบที่สร้างขึ้น นักวิทยาศาสตร์ได้ติดตั้งเครื่องทำน้ำที่ด้านหลัง แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์. ในแสงแดด เซลล์จะผลิตกระแสไฟฟ้าและปล่อยความร้อน แทนที่จะสูญเสียความร้อนนี้สู่ชั้นบรรยากาศ อุปกรณ์จะนำพลังงานนี้ไปยังโรงงานที่ใช้ความร้อนเป็นแหล่งพลังงานสำหรับกระบวนการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล

นักวิจัยแนะนำน้ำเกลือและน้ำที่มีโลหะหนักเจือปน เช่น ตะกั่ว ทองแดง และแมกนีเซียมลงในเครื่องกลั่น อุปกรณ์เปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำซึ่งผ่านเมมเบรนพลาสติกที่กรองเกลือและเศษซาก ผลลัพธ์ของกระบวนการนี้คือน้ำดื่มบริสุทธิ์ที่ได้มาตรฐานความปลอดภัยขององค์การอนามัยโลก นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเครื่องต้นแบบที่มีความกว้างประมาณ 1,7 เมตร สามารถผลิตน้ำสะอาดได้ XNUMX ลิตรต่อชั่วโมง สถานที่ในอุดมคติสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวอยู่ในสภาพอากาศแห้งหรือกึ่งแห้ง ใกล้แหล่งน้ำ

Guihua Yu นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุที่ Austin State University, Texas และเพื่อนร่วมทีมของเขาเสนอให้ในปี 2019 กรองไฮโดรเจลน้ำทะเลได้อย่างมีประสิทธิภาพ, โพลีเมอร์ผสมซึ่งสร้างโครงสร้างเป็นรูพรุนดูดซับน้ำ Yu และเพื่อนร่วมงานได้สร้างเจลฟองน้ำขึ้นจากพอลิเมอร์ 3,6 ชนิด ตัวหนึ่งเป็นพอลิเมอร์จับน้ำที่เรียกว่าพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) และอีกชนิดคือสารดูดซับแสงที่เรียกว่าพอลิไพร์โรล (PPy) พวกเขาผสมพอลิเมอร์ที่สามที่เรียกว่าไคโตซานซึ่งมีแรงดึงดูดต่อน้ำอย่างมาก นักวิทยาศาสตร์รายงานใน Science Advances ว่าพวกเขาได้ผลิตน้ำบริสุทธิ์ถึง XNUMX ลิตรต่อชั่วโมงต่อตารางเมตรของพื้นผิวเซลล์ ซึ่งสูงที่สุดที่เคยบันทึกไว้และดีกว่าที่ผลิตในปัจจุบันถึง XNUMX เท่าในเวอร์ชันเชิงพาณิชย์ .

แม้จะมีความกระตือรือร้นของนักวิทยาศาสตร์ แต่ก็ไม่เคยได้ยินว่าวิธีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลแบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพและประหยัดโดยใช้วัสดุใหม่จะพบการประยุกต์ใช้ในเชิงพาณิชย์ที่กว้างขึ้น จนกว่าสิ่งนั้นจะเกิดขึ้นจงระวัง