不要等到,淡化:新水净化系统削减成本,能源费用

地球表面的三分之二是充斥着这些东西,但是水——具体来说,干净的饮用水类型——不可访问数十亿的人。

新净化系统由贝克曼研究所的研究人员开发的先进的科学和技术使用的电动版本透析分离盐和其他不必要的粒子从饮用产品。与扩张计划成功地应用于废水进入河流和海洋,这种方法可以节省资金,消耗的能耗比同行低90%。

这项研究发表在ACS能源字母。

如果剥离盐从水一样简单挥舞着太平洋上的一个巨大的磁铁或筛选液体通过超细筛。一旦机智的矿物溶解、分离过程——命名为海水淡化在科学界——变得越来越昂贵和使用更多的能源。

海水淡化是进一步复杂化杂质和有机物质(小斑点你会发现悬浮在一勺过滤海水),消除热刺能源和成本预算膨胀。

“我们需要一种方法来净化饮用水低能,便宜,和有用的社区最需要它。bet188真人我看到我们的解决方案作为一个平台来解决能源和水资源危机,”说苏小贝克曼研究员和化学和生物分子工程学助理教授伊利诺伊大学香槟分校。

改用低盐的水通常需要过滤或蒸发分离出不受欢迎的元素,如钠、氯、有机质、和各种原子偷渡者。热量,例如,这个技巧——一个简单的厨房实验表明,沸腾的盐水使液体蒸发盐遵守固体,咸地壳。

苏和他的同事们采取了不同的方法:电渗析。就像血液透析,kidney-like,冲水的盐和其他毒素从我们的血管,电渗析删除盐和有机物废水生产清洁,可饮用的产品。

电渗析海水淡化是一种有效的工具,但通常是在一个较高的能源成本。这主要是由于旗舰水分解反应,将水分子分解为两个组件:一个带正电的质子和氢氧化带负电。因为盐的积木有自己的指控,分裂力量的水矿物在指定方向的运动——就像虫蛀的电荷相反的火焰或废金属磁体。

而不是磁铁,电渗析使用带电的离子交换膜,如此命名是因为只有离子(原子电荷正面或负面)可以通过。离子交换膜电渗析的最昂贵的组件之一,因为他们需要勤奋的保养和频繁更换。

苏和他的同事试图净化水没有电渗析的能量损失或离子交换膜的经济压力。所以,他们修改了传统方法在两个主要方面。

为了节约能源,研究人员精简盐分离过程与化学现象称为氧化还原反应。减少氧化还原这个词是一个混合的单词(化学,描述添加电子创建一个负电荷)和氧化(这意味着减去电子创建一个正电荷)。身体上,引发氧化还原反应看起来像之前添加一个特殊的聚合物材料废水的过滤和净化。

化学,是变革的结果。带正、负电荷,而不是把水分子分解为片哄出盐、氧化还原反应改变了整个水分子的电荷一举,实现相同的咸度比传统水分解分离和90%的能源。

增加经济节约能源效率,研究人员交换传统离子交换膜对纳滤膜,更健壮,更便宜的选择。

实验在区域水处理厂表明研究者的方法可以成功地净化污水;未来的计划包括扩展到咸水、微咸水的来源,如地下水和河流。

由于其低能量需求,redox-inspired电渗析旨在对太阳能电池板。其积极的性能在炎热气候气候影响了地区是有用的应用程序,“低成本,低能耗海水淡化是非常必要的,”苏说。

“水资源短缺是一个全球性的问题,它不是一天会改变的。但是我们正在一步一个解决方案是可行的,能够扩大,”他说。

到目前为止,研究人员已经在多个升样品测试了他们的方法。但是他们渴望进入一个更大的池塘。

“我们有合适的聚合物,我们有合适的膜,我们有合适的条件,”苏说。“科学是有,因此下一步是铺平了道路部署这些真实的水处理设备。我相信时间是正确的,我很兴奋地看到它发生。”

参考:金正日N,阿尔伯特·J,金正日C,苏x Redox-copolymers nanofiltration-enabled电渗析。ACS的能量。2023;8 (5):2097 - 2105。doi:10.1021 / acsenergylett.3c00482

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