Hoe zit het met efficiënte ontzilting van zeewater? Veel water voor een lage prijs

Toegang tot schoon en veilig drinkwater is een behoefte waaraan helaas in veel delen van de wereld slecht wordt voldaan. Ontzilting van zeewater zou in veel regio's van de wereld een grote hulp zijn, als er natuurlijk methoden beschikbaar waren die voldoende efficiënt en binnen een redelijke zuinigheid waren.

Nieuwe hoop voor de ontwikkeling van kosteneffectieve manieren om zoet water te verkrijgen door zeezout te verwijderen verscheen vorig jaar toen onderzoekers de resultaten rapporteerden van onderzoeken met typemateriaal organometaalskelet (MOF) voor zeewaterfiltratie. De nieuwe methode, ontwikkeld door een team van de Monash University in Australië, vereist aanzienlijk minder energie dan andere methoden, aldus de onderzoekers.

MOF organometalen skeletten zijn zeer poreuze materialen met een groot oppervlak. Grote werkoppervlakken opgerold in kleine volumes zijn geweldig voor filtratie, d.w.z. het vangen van deeltjes en deeltjes in vloeistof (1). Het nieuwe type MOF heet PSP-MIL-53 gebruikt om zout en verontreinigende stoffen in zeewater op te vangen. Geplaatst in water, houdt het selectief ionen en onzuiverheden op het oppervlak vast. Binnen 30 minuten was MOF in staat om de totale hoeveelheid opgeloste vaste stoffen (TDS) van het water te verlagen van 2,233 ppm (ppm) tot onder 500 ppm. Dit is duidelijk onder de 600 ppm-drempel die door de Wereldgezondheidsorganisatie wordt aanbevolen voor veilig drinkwater.

1. Visualisatie van de werking van een organometaalmembraan tijdens ontzilting van zeewater.

Met deze techniek konden de onderzoekers tot 139,5 liter zoet water per kilogram MOF-materiaal per dag produceren. Zodra het MOF-netwerk is "opgevuld" met deeltjes, kan het snel en eenvoudig worden schoongemaakt voor hergebruik. Om dit te doen, wordt het in zonlicht geplaatst, waardoor de opgesloten zouten in slechts vier minuten vrijkomen.

"Thermische ontziltingsprocessen door verdamping zijn energie-intensief, terwijl andere technologieën zoals omgekeerde osmose (2), ze hebben veel nadelen, waaronder een hoog energieverbruik en een hoog verbruik van chemicaliën voor membraanreiniging en dechlorering”, legt Huanting Wang, leider van het onderzoeksteam bij Monash, uit. “Zonlicht is de meest voorkomende en hernieuwbare energiebron op aarde. Ons nieuwe op adsorbens gebaseerde ontziltingsproces en het gebruik van zonlicht voor regeneratie zorgen voor een energiebesparende en milieuvriendelijke ontziltingsoplossing.”

2. Osmose zeewater ontziltingssysteem in Saoedi-Arabië.

Van grafeen tot slimme chemie

De afgelopen jaren zijn er veel nieuwe ideeën ontstaan ​​voor energiezuinige ontzilting van zeewater. "Young Technician" volgt de ontwikkeling van deze technieken op de voet.

We schreven onder meer over het idee van de Amerikanen aan de Universiteit van Austin en de Duitsers aan de Universiteit van Marburg, dat een kleine chip gebruiken van een materiaal waardoor een elektrische stroom van verwaarloosbare spanning (0,3 volt) vloeit. In zout water dat in het kanaal van het apparaat stroomt, worden chloorionen gedeeltelijk geneutraliseerd en gevormd elektrisch veldzoals in chemische cellen. Het effect is dat het zout in de ene richting stroomt en het zoete water in de andere. Isolatie gebeurt zoetwater.

Britse wetenschappers van de Universiteit van Manchester, onder leiding van Rahul Nairi, hebben in 2017 een op grafeen gebaseerde zeef gemaakt om zout effectief uit zeewater te verwijderen.

In een studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature Nanotechnology beweerden wetenschappers dat het zou kunnen worden gebruikt om ontziltingsmembranen te maken. grafeenoxide, in plaats van moeilijk te vinden en duur puur grafeen. Enkellaags grafeen moet in kleine gaatjes worden geboord om het doorlaatbaar te maken. Als de gatgrootte groter is dan 1 nm, zullen de zouten vrij door het gat gaan, dus de te boren gaten moeten kleiner zijn. Tegelijkertijd hebben onderzoeken aangetoond dat grafeenoxidemembranen de dikte en porositeit vergroten wanneer ze in water worden ondergedompeld. Dokter team. Nairi toonde aan dat het coaten van het membraan met grafeenoxide met een extra laag epoxyhars de effectiviteit van de barrière verhoogde. Watermoleculen kunnen door het membraan gaan, maar natriumchloride niet.

Een groep Saoedi-Arabische onderzoekers heeft een apparaat ontwikkeld waarvan zij denken dat het een elektriciteitscentrale effectief zal transformeren van een "verbruiker" van water in een "producent van zoet water". Wetenschappers publiceerden een paar jaar geleden een paper waarin ze dit beschrijven in Nature. nieuwe zonnetechnologiedie water kan ontzilten en tegelijkertijd kan produceren elektriciteit.

In het gebouwde prototype installeerden wetenschappers achterin een watermaker. zonne-accu. In zonlicht wekt de cel elektriciteit op en geeft warmte af. In plaats van deze warmte af te staan ​​aan de atmosfeer, leidt het apparaat deze energie naar een plant die de warmte gebruikt als energiebron voor het ontziltingsproces.

De onderzoekers brachten zout water en water met zware metalen onzuiverheden zoals lood, koper en magnesium in de distilleerder. Het apparaat veranderde water in stoom, die vervolgens door een plastic membraan ging dat zout en vuil eruit filterde. Het resultaat van dit proces is zuiver drinkwater dat voldoet aan de veiligheidsnormen van de Wereldgezondheidsorganisatie. De wetenschappers zeiden dat het prototype, ongeveer een meter breed, 1,7 liter schoon water per uur zou kunnen produceren. De ideale plaats voor een dergelijk apparaat is in een droog of halfdroog klimaat, in de buurt van een waterbron.

Guihua Yu, een materiaalwetenschapper aan de Austin State University, Texas, en zijn teamgenoten hebben in 2019 voorgesteld effectief filteren van hydrogels van zeewater, polymeer mengselsdie een poreuze, waterabsorberende structuur creëren. Yu en zijn collega's hebben een gelspons gemaakt van twee polymeren: de ene is een waterbindend polymeer genaamd polyvinylalcohol (PVA) en de andere is een lichtabsorberend middel dat polypyrrool (PPy) wordt genoemd. Ze mengden een derde polymeer, chitosan genaamd, dat ook een sterke aantrekkingskracht op water heeft. Wetenschappers meldden in Science Advances dat ze een zuivere waterproductie van 3,6 liter per uur per vierkante meter celoppervlak hebben bereikt, de hoogste ooit gemeten en ongeveer twaalf keer beter dan wat tegenwoordig in commerciële versies wordt geproduceerd.

Ondanks het enthousiasme van wetenschappers, is er niet gehoord dat nieuwe ultra-efficiënte en economische methoden voor ontzilting met nieuwe materialen een bredere commerciële toepassing zullen vinden. Tot dat gebeurt, wees voorzichtig.