Тефлоновая опреснительная мембрана очищает воду быстро и без трения
Инженеры Токийского университета разработали новый тип опреснительной мембраны, которая, как они утверждают, работает быстрее и требует меньшего давления и энергии, чем существующие технологии. Новая мембрана состоит из ряда наноразмерных трубок, облицованных материалом на основе тефлона, который отталкивает соли, позволяя воде проходить с небольшим трением.
Многие регионы мира сталкиваются с нехваткой чистой питьевой воды, и с изменением климата эта проблема будет только усугубляться.
Опреснение солоноватой или морской воды жизненно важно, и уже появились устройства, использующие либо тепло для испарения и повторной конденсации воды, либо мембраны для фильтрации соли и примесей.
Новая система является вариацией последней, но имеет несколько преимуществ по сравнению с другими подобными. Ключевым ингредиентом является фтор, гидрофобный материал, который придает тефлону его знаменитые антипригарные свойства.
Однако он используется не только для кухонной посуды — покрытия на основе фтора иногда используются для труб, чтобы обеспечить плавное протекание воды.
Новая мембрана содержит стопки наноразмерных колец из фтора, встроенных в липидный слой, непроницаемый для воды.
Фтор не только помогает воде проскальзывать через кольца с очень небольшим трением, но и его отрицательный заряд удобно отталкивает соли, препятствуя их прохождению.
Команда ученых проверила эту технику, изготовив мембраны с нанокольцами фтора шириной от 0,9 до 1,9 нанометров, а затем пропустила через них соленую воду.
После этого они измерили количество ионов хлора — основного компонента соли — по обе стороны мембраны. И действительно, фторсодержащие кольца фильтровали воду быстрее и эффективнее, используя меньшее давление и энергию, чем другие методы опреснения.
«Было очень интересно увидеть результаты из первых рук», — сказал Йошимицу Ито, ведущий автор исследования.
«Меньший из наших испытательных каналов полностью отбрасывал поступающие молекулы соли, и более крупные каналы также были лучше других методов опреснения и даже передовых фильтров из углеродных нанотрубок. Настоящим сюрпризом для меня было то, как быстро происходил процесс. Наш образец работал примерно в несколько тысяч раз быстрее, чем типичные промышленные устройства, и примерно в 2400 раз быстрее, чем экспериментальные опреснительные устройства на основе углеродных нанотрубок».
Ученые планируют провести дальнейшие исследования по снижению количества энергии, необходимой для изготовления фторсодержащих нанокольцевых мембран, с прицелом на увеличение размеров мембран, начиная с тестовой мембраны шириной 1 метр в ближайшие несколько лет.
Исследование было опубликовано в журнале Science .