Wie wäre es mit einer effizienten Meerwasserentsalzung? Viel Wasser zum kleinen Preis
Der Zugang zu sauberem und sicherem Trinkwasser ist ein Bedürfnis, das in vielen Teilen der Welt leider nur unzureichend gedeckt wird. Die Entsalzung von Meerwasser würde in vielen Regionen der Welt eine große Hilfe sein, wenn natürlich Methoden zur Verfügung stünden, die hinreichend wirksam wären und innerhalb vertretbarer wirtschaftlicher Grenzen stünden.
Neue Hoffnung für die Entwicklung einer kostengünstigen Lösung Methoden zur Gewinnung von Süßwasser durch Entfernung von Meersalz erschien letztes Jahr, als Forscher Ergebnisse von Studien mit Standardmaterial berichteten Organometallisches Skelett (MOF) für die Meerwasserfiltration. Die neue Methode, die von einem Team der australischen Monash University entwickelt wurde, benötigt deutlich weniger Energie als andere Methoden, sagen Forscher.
Metallorganische Skelett-MOFs sind hochporöse Materialien mit großer Oberfläche. Große, in kleine Volumina gerollte Arbeitsflächen sind ideal für die Filtration, d.h. Einfangen von Partikeln und Partikeln in Flüssigkeit (1). Der neue MOF-Typ heißt PSP-MIL-53 Wird verwendet, um Salz und Schadstoffe im Meerwasser einzufangen. Wenn es in Wasser gelegt wird, hält es selektiv Ionen und Verunreinigungen auf seiner Oberfläche zurück. Innerhalb von 30 Minuten konnte MOF den Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen (TDS) im Wasser von 2,233 Teilen pro Million (ppm) auf unter 500 ppm reduzieren. Dies liegt deutlich unter dem von der Weltgesundheitsorganisation für sicheres Trinkwasser empfohlenen Grenzwert von 600 ppm.
1. Visualisierung der Funktionsweise einer metallorganischen Membran bei der Meerwasserentsalzung.
Mit dieser Technik konnten die Forscher bis zu 139,5 Liter Frischwasser pro Kilogramm MOF-Material und Tag produzieren. Sobald das MOF-Netzwerk mit Partikeln „gefüllt“ ist, kann es schnell und einfach zur Wiederverwendung gereinigt werden. Dazu wird es ins Sonnenlicht gestellt, wodurch die eingeschlossenen Salze in nur vier Minuten freigesetzt werden.
„Thermische Verdunstungsentsalzungsprozesse sind energieintensiv, während andere Technologien wie z Umkehrosmose (2) Sie haben viele Nachteile, darunter einen hohen Energie- und Chemikalienverbrauch für die Membranreinigung und Entchlorung“, erklärt Huanting Wang, Forschungsgruppenleiter bei Monash. „Sonnenlicht ist die am häufigsten vorkommende und erneuerbare Energiequelle auf der Erde. Unser neues Entsalzungsverfahren, das auf einem Adsorbens basiert und Sonnenlicht zur Regeneration nutzt, bietet eine energiesparende und umweltfreundliche Entsalzungslösung.“
2. Osmose-Meerwasserentsalzungssystem in Saudi-Arabien.
Von Graphen bis zur intelligenten Chemie
In den letzten Jahren sind viele neue Ideen entstanden Energieeffiziente Meerwasserentsalzung. Der „Junge Techniker“ verfolgt aufmerksam die Entwicklung dieser Techniken.
Wir haben unter anderem über die Idee der Amerikaner von der University of Austin und der Deutschen von der Universität Marburg geschrieben, die einen kleinen Chip verwenden aus Material, durch das ein elektrischer Strom mit vernachlässigbarer Spannung (0,3 Volt) fließt. Im Salzwasser, das im Kanal des Geräts fließt, werden Chlorionen teilweise neutralisiert und bilden sich elektrisches Feldwie in chemischen Zellen. Der Effekt besteht darin, dass das Salz in die eine Richtung fließt und das Süßwasser in die andere. Es kommt zur Isolation frisches Wasser.
Britische Wissenschaftler der Universität Manchester unter der Leitung von Rahul Nairi haben 2017 ein Sieb auf Graphenbasis entwickelt, um Salz effektiv aus Meerwasser zu entfernen.
In einer in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlichten Studie argumentierten Wissenschaftler, dass es zur Herstellung von Entsalzungsmembranen verwendet werden könnte. Graphenoxid, anstelle von schwer zu findendem und teurem reinem Graphen. Einschichtiges Graphen muss in kleine Löcher gebohrt werden, um es durchlässig zu machen. Wenn die Lochgröße größer als 1 nm ist, können Salze ungehindert durch das Loch dringen, sodass die gebohrten Löcher kleiner sein müssen. Gleichzeitig haben Studien gezeigt, dass Graphenoxidmembranen beim Eintauchen in Wasser dicker und poröser werden. Ärzteteam. Nairi zeigte, dass die Beschichtung der Membran mit Graphenoxid und einer zusätzlichen Schicht Epoxidharz die Wirksamkeit der Barriere verbessert. Wassermoleküle können die Membran passieren, Natriumchlorid jedoch nicht.
Eine Gruppe von Forschern aus Saudi-Arabien hat ein Gerät entwickelt, von dem sie glauben, dass es ein Kraftwerk effektiv von einem „Wasserverbraucher“ in einen „Frischwasserproduzenten“ verwandeln wird. Wissenschaftler haben vor einigen Jahren in Nature einen Artikel veröffentlicht, der dies beschreibt. neue Solartechnologiedie Wasser entsalzen und gleichzeitig produzieren kann Strom.
In dem von ihnen gebauten Prototyp installierten die Wissenschaftler im Heck einen Wassermacher. Solarbatterie. Bei Sonnenlicht erzeugt die Zelle Strom und erzeugt Wärme. Anstatt diese Wärme an die Atmosphäre abzugeben, leitet das Gerät diese Energie an eine Anlage, die die Wärme als Energiequelle für den Entsalzungsprozess nutzt.
Die Forscher führten Salzwasser und Wasser mit Schwermetallen wie Blei, Kupfer und Magnesium in den Destillierapparat ein. Das Gerät verwandelte Wasser in Dampf, der dann durch eine Kunststoffmembran strömte und Salz und Schmutz herausfilterte. Das Ergebnis dieses Prozesses ist sauberes Trinkwasser, das den Sicherheitsstandards der Weltgesundheitsorganisation entspricht. Wissenschaftler sagten, der etwa einen Meter breite Prototyp könne 1,7 Liter sauberes Wasser pro Stunde produzieren. Der ideale Ort für ein solches Gerät ist ein trockenes oder halbtrockenes Klima in der Nähe einer Wasserquelle.
Guihua Yu, ein Materialwissenschaftler an der Austin State University, Texas, und seine Teamkollegen machten 2019 einen Vorschlag Meerwasser-Hydrogele effektiv filtern, Polymermischungendie eine poröse, wasserabsorbierende Struktur bilden. Yu und seine Kollegen stellten einen Gelschwamm aus zwei Polymeren her: eines, das Wasser bindet, genannt Polyvinylalkohol (PVA), und das andere, ein leichtes Absorptionsmittel namens Polypyrrol (PPy). Sie mischten ein drittes Polymer namens Chitosan bei, das ebenfalls eine starke Anziehungskraft auf Wasser hat. Wissenschaftler berichteten in „Science Advances“, dass sie eine reine Wasserproduktion von 3,6 Litern pro Stunde und Quadratmeter Zelloberfläche erreichten, die höchste jemals gemessene und etwa zwölfmal bessere Menge als das, was heute in kommerziellen Versionen produziert wird.
Trotz der Begeisterung der Wissenschaftler ist nicht zu hören, dass neue hocheffiziente und kostengünstige Entsalzungsmethoden unter Verwendung neuer Materialien eine breitere kommerzielle Anwendung finden werden. Bis das passiert, seien Sie vorsichtig.
