Rozwiązania problemów związanych z wodą znajdują się w interfejsie

Anonim

W odpowiedzi na rosnący niedobór wody, wiodący badacz z Argonne National Laboratory, Seth Darling, opisuje najbardziej zaawansowane innowacje badawcze, które mogłyby zająć się globalną dostępnością czystej wody. Jego obszerna praca koncentruje się na zrozumieniu i kontrolowaniu interfejsów między materiałami i wodą.

Interfejsy określają wydajność technologii, takich jak czujniki jakości wody, membrany filtracyjne, a nawet rury. Laboratoria Darlinga pracują nad adsorbentami, aby przyspieszyć uzdatnianie wody. W tym tygodniu przedstawił swoje odkrycia w Journal of Applied Physics.

Adsorbenty

Adsorpcja jest jednym z najlepszych mechanizmów oczyszczania wody. W tym procesie zanieczyszczenia przywierają do powierzchni porowatych materiałów, aby zmaksymalizować stosunek powierzchni do objętości.

Wysoce porowaty węgiel aktywny jest najszerzej stosowany, ponieważ jest obfity i niedrogi. Zeolity mogą wychwytywać całe cząsteczki w ich krystalicznych strukturach trójwymiarowych, umożliwiając im selektywne wiązanie określonych związków z roztworów wodnych. Sorbenty oparte na polimerach mają prawie nieograniczoną elastyczność w ich konstrukcji.

"Będziemy nadal polegać na tych sprawdzonych technologiach" - powiedział Darling. "Istnieje jednak nagląca potrzeba bardziej wydajnych i energooszczędnych sorbentów".

Możliwość ponownego użycia

Możliwość ponownego użycia jest krytyczną miarą dla materiałów sorbentowych, co może znacznie obniżyć koszty i zwiększyć trwałość procesu przetwarzania. Spienione gąbki polimerowe są obiecującymi kandydatami do tego podejścia.

Darling zmierza w grupie, która stworzyła Gąbkę Oleo, która może wchłonąć 90 razy większą masę oleju w całej kolumnie wody. Aby stworzyć gąbkę Oleo, naukowcy wdrożyli technikę zwaną sekwencyjną syntezą infiltracyjną (SIS). Wykorzystując SIS, wytworzyli tlenek metalu w obrębie włókien piankowych, aby przekształcić zwykłą piankę poliuretanową, znajdowaną w poduszkach siedzeń, w adsorbent oleju.

Tlenek służy jako "klej", do którego przyczepiają się kochające olej (oleofilowe) cząsteczki. Olej do wielokrotnego użytku jest pobierany z gąbki, dzięki czemu można go używać wielokrotnie.

Kierowanie na pojedyncze zanieczyszczenia

Badacze opracowują również sorbenty nowej generacji, które mają wyższą swoistość - więcej wiążącej mocy, aby celować w pojedyncze zanieczyszczenia. Idealnie byłoby, gdyby badacze mogli dostosować właściwości międzyfazowe do adsorpcji określonych cząsteczek w celu wychwytywania trudnych zanieczyszczeń wody, takich jak składniki odżywcze i metale ciężkie.

Naukowcy badają teraz, w jaki sposób zmienić przeznaczenie szkieletów metaloorganicznych (MOF), materiału już wykorzystywanego w sorpcji gazu. Powiązane ze zeolitami, MOF składają się z jonów metali lub klastrów związanych ligandami organicznymi. MOF mają dużą powierzchnię, sterowalne struktury i przestrajalne pory.

"Mamy kryzys wodny, który opiera się na rosnącej populacji, urbanizacji i zaburzeniach klimatu, a także na niezrównoważonym wykorzystaniu naszej wody" - powiedział Darling. "Częścią rozwiązania tego problemu są rozwiązania polityczne, ale potrzebujemy również nowych, bardziej energooszczędnych i opłacalnych technologii".

menu
menu