Удаление соли из морской воды, чтобы сделать ее безопасной для питья, означает преодоление ряда научных проблем. Одной из них является оптимизация используемой для процесса опреснения мембраны, и новые исследования этих мембран обещают сделать всю операцию дешевле и доступнее в будущем.
Ученые придумали способ потенциально сделать мембраны на 30-40 процентов более эффективными с точки зрения энергии, необходимой для фильтрации воды. Ключ к их подходу заключается в плотности мембран на наноразмерном уровне.
В новом исследовании команда подчеркивает, что сохранение постоянной плотности мембран важнее, чем толщина самой мембраны. Это может улучшить метод очистки воды, известный как обратный осмос, при котором минералы улавливаются и удаляются мембраной за счет давления. Вряд ли кто-то возразит, что вода важна для нашего здоровья. Именно по этой причине ученые пытаются найти способ расширить доступность чистой и полезной воды.
«Мембраны обратного осмоса широко используются для очистки воды, но мы все еще многого о них не знаем», — говорит инженер-эколог Маниш Кумар из Техасского университета в Остине.
Чтобы получить более четкое представление об этих мембранах, Кумар и его коллеги использовали метод мультимодальной электронной микроскопии, сочетающий анализ химического состава с 3D-картированием на наномасштабном уровне, чтобы смоделировать, насколько эффективно можно очищать воду.
Исследование было вызвано наблюдением, что более толстые мембраны часто лучше справляются с опреснением, что противоречит интуиции. Моделирование показало, что несоответствия и «мертвые зоны» в мембране играют большую роль, чем толщина.
По мнению исследователей, плотность мембран будет равномерно распределена, и можно будет очистить больше воды с меньшими затратами энергии, что позволит сэкономить деньги как для крупных корпораций, так и для мелких потребителей, а также обеспечить более широкий доступ к технологиям.
Производство пресной воды жизненно важно не только для здоровья населения, но и для использования в сельском хозяйстве и производстве энергии. Ежегодно очищаются миллиарды галлонов воды, поэтому повышение эффективности на 30-40 процентов может иметь огромное значение.
Возможность картировать мембраны с таким маленьким разрешением — в данном случае меньше половины диаметра нити ДНК — означает, что теперь ученые гораздо лучше понимают, как повысить эффективность мембраны при обратном осмосе. Это, в свою очередь, должно послужить источником информации для будущих исследований по дальнейшему повышению эффективности.
Существует множество способов очистки соленой воды для использования в других целях, но мембранный подход уже является одним из самых эффективных. В настоящее время исследователи ищут способы дальнейшего улучшения и настройки для конкретных целей.
Нехватка пресной воды становится важной проблемой во всем мире, а с усилением суровых погодных условий эта проблема станет еще более серьезной. Критически важно иметь доступ к чистой воде, особенно в районах с ограниченными ресурсами. В продолжение, читайте про пользу и вред бутилированной воды в отдельной статье.