Ang kontrol ng nanoscale ng pagdalisay ng lamad ay maaaring humantong sa mas murang pagsala ng tubig

Ang modelong 3D na ito ng isang polymer desalination membrane ay nagpapakita ng daloy ng tubig – mga channel ng pilak na gumagalaw mula sa itaas hanggang sa ibaba – pag-iwas sa mga siksik na spot sa lamad at pagbagal ng daloy. May-akda: Pangkat ng Pananaliksik sa Imahe Ganapathysubramanian / Iowa University at Gregory Foss / Texas Advanced Computing Center

Ang paggawa ng malinis na tubig sa isang mas mababang gastos ay maaaring nasa abot-tanaw matapos malutas ng mga mananaliksik mula sa University of Texas sa Austin at Pennsylvania ang isang kumplikadong problema na ikinagulo ng mga siyentipiko sa mga dekada pa rin.

Ang mga lamad ng pagkalaglag ay nag-aalis ng asin at iba pang mga kemikal mula sa tubig – isang proseso na kritikal sa kalusugan ng publiko sa pamamagitan ng paglilinis ng bilyun-bilyong mga galon ng tubig para sa agrikultura, paggawa ng enerhiya at pag-inom. Mukhang simple ang ideya – upang itaguyod ang tubig na may asin, at ang malinis na tubig ay lalabas sa kabilang panig – ngunit naglalaman ito ng mga kumplikadong subtleties na sinusubukan pa ring maunawaan ng mga siyentista.

Ang pangkat ng pananaliksik sa pakikipagsosyo sa DuPont Water Solutions ay natuklasan ang isang mahalagang aspeto ng puzzle na ito sa pamamagitan ng pagbubukas ng pintuan upang babaan ang mga gastos sa produksyon ng malinis na tubig. Natukoy ng mga mananaliksik na ang mga desalination membrane ay hindi tugma sa density at pamamahagi ng masa, na maaaring pigilan ang kanilang pagganap. Ang pare-parehong density ng nanoscale ay susi sa pagtaas ng dami ng purong tubig na maaaring likhain ng mga lamad na ito.

“Ang mga reverse membran ng osmosis ay malawakang ginagamit upang linisin ang tubig, ngunit wala pa rin tayong masyadong nalalaman tungkol dito,” sabi ni Manish Kumar, isang associate professor sa Department of Civil, Architectural and Environmental Engineering sa UT Austin, na isa sa mga pinuno ng pag-aaral. “Hindi namin talaga masabi kung paano gumagalaw ang tubig sa kanila, kaya’t ang lahat ng mga pagpapabuti sa huling 40 taon ay nagawa ng diwa.”

Ang mga resulta ay nai-publish noong Disyembre 31, 2020 Agham.

Ang dokumento ay nagtala ng isang pagtaas sa kahusayan ng mga nasubok na lamad ng 30% -40%, na nangangahulugang maaari nilang linisin ang mas maraming tubig gamit ang mas kaunting enerhiya. Maaari itong humantong sa mas mataas na pag-access sa malinis na tubig at mas mababang singil ng tubig para sa parehong indibidwal na mga tahanan at malalaking gumagamit.

Gumagana ang baligtad na mga lamad ng osmosis sa pamamagitan ng paglalagay ng presyon sa feed ng asin sa isang panig. Ang mga mineral ay mananatili doon habang dumadaan ang tubig. Tandaan ng mga mananaliksik na, kahit na mas mahusay kaysa sa mga proseso ng desalination nang walang lamad, kinakailangan pa rin ng isang malaking enerhiya, at ang pagtaas ng kahusayan ng lamad ay maaaring mabawasan ang pasanin na ito.

Breakthrough desalination

Ang kakapalan ng mga lamad ng pagsasala, kahit na sa isang sukat ng atomiko, ay maaaring makaapekto sa kung gaano karaming purong tubig ang maaaring makuha. May-akda: Enrique Gomez / Pennsylvania

“Ang pamamahala ng tubig-tabang ay nagiging isang kritikal na isyu sa buong mundo,” sabi ni Enrique Gomez, isang propesor ng engineering sa kemikal sa Pennsylvania na namuno sa pag-aaral. “Deficit, tagtuyot – sa pagdaragdag ng mga malubhang iskema ng panahon inaasahang ang problemang ito ay magiging mas makabuluhan. Kritikal na magkaroon ng malinis na tubig, lalo na sa mga lugar na may mababang mapagkukunan. “

Ang pananaliksik ay pinondohan ng National Science Foundation at DuPont, na gumagawa ng maraming mga produkto para sa pagkalaglag ng karamdaman. Ang mga binhi ay nakatanim nang matuklasan ng mga mananaliksik ng DuPont na ang mas makapal na lamad ay talagang nagiging mas madaling matunaw. Ito ay isang sorpresa, dahil malawak na pinaniniwalaan na ang kapal ay binabawasan ang dami ng tubig na maaaring dumaan sa mga lamad.

Caitlin Brick

Ang co-author na si Caitlin Brick, isang nagtapos na mag-aaral sa engineering ng kemikal sa Pennsylvania, ay nakaharap sa isang pag-scan ng electron microscope, na pinapayagan ang mga mananaliksik na suriin kung paano makagambala ang masikip na bulsa sa mga lamad sa mabisang pagsala ng tubig. May-akda: Tyler Henderson / Pennsylvania

Ang isang koponan na nauugnay sa Dow Water Solutions, na bahagi na ngayon ng DuPont, ay nag-organisa ng isang Kumar sa 2015 “water summit” at hinahangad nilang buksan ang misteryo. Ang pangkat ng pananaliksik, na nagsasama rin ng mga mananaliksik mula sa Iowa State University, ay bumuo ng isang 3D na muling pagtatayo ng isang istraktura ng nanoscale membrane na gumagamit ng mga modernong electron microscope sa Pennsylvania Materials Laboratory. In-modelo nila ang daanan na dumaan ang tubig sa mga lamad na ito upang mahulaan kung gaano kahusay ang tubig ay maaaring malinis batay sa istraktura. Si Greg Foss ng Texas Modern Computing Center ay tumulong na mailarawan ang mga simulation na ito, at ang karamihan sa mga kalkulasyon ay ginawa sa Stampede2, ang supercomputer ng TACC.

Magbasa nang higit pa tungkol sa pag-aaral na ito sa “Breakthrough Desalination,” na nagdaragdag ng daloy para sa mas murang pagsala ng tubig.

Sanggunian: “Ang kontrol ng Nanoscale ng panloob na heterogeneity ay nagpapabuti sa transportasyon ng tubig sa mga lamad ng pagkalaglag” ni Tyler E. Culp, Biswight Har, Caitlin P. Brick, Michael Geithner, Tawanda J. Zimudi, Jeffrey D. Wilbur, Stephen D. Jones, Abhishek Roy, Mou Paul, Baskar Ganapathysubramanian, Andrew L. Zydney, Manish Kumar at Enrique D. Gomez, Disyembre 31, 2020, Agham.
DOI: 10.1126 / agham.abb8518

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Ang pag-iimbak ng nababagong enerhiya sa mga bato sa halip na mga baterya ng lithium

Kapag may labis na kuryente mula sa hangin o solar na enerhiya, sisingilin ang supply ng enerhiya. Ginagawa ito gamit ang isang sistema...

Newsletter

Subscribe to stay updated.