19 آوریل 2024 – توسط دانشگاه ییل-تصاویر نمونه برش (A) غشاء SW30 و (B) غشاء DHMBA در حین تهیه نمونه های سوزنی شکل APT. تصاویر (C) SW30 و (D) نمونه های غشایی DHMBA روی آرایه سیلیکونی. نمونه های سوزنی شکل APT از (E) غشاء SW30 و (F) غشاء DHMBA. اعتبار: (2024). DOI: 10.1126/science.adk0632
کمبود آب در سراسر جهان یک مشکل بزرگتر از همیشه است و نمک زدایی برای حل آن بسیار مهم است. با این حال، بهترین فناوری های موجود برای جداسازی نمک از آب دریا، پرهزینه هستند و نیاز به نگهداری زیادی دارند.
تیمی از محققان اکنون یک غشای فیلتر کننده بادوام و مقرون به صرفه ساخته اند که می تواند تعداد افرادی را که در سراسر جهان آب سالم و تمیز دریافت می کنند افزایش دهد. نتایج کار آنها، از آزمایشگاه پروفسور Menachem Elimelech با همکاری دانشگاه علم و فناوری نانجینگ، در Science منتشر شده است.
اسمز معکوس – سیستمی که آب را با فشار دادن آن از طریق یک غشای بسیار ظریف نیمه تراوا، تصفیه می کند – به طور فزاینده ای برای تامین آب آشامیدنی سالم و تمیز برای مناطقی از جهان که بیشترین نیاز به آن وجود دارد، استفاده می شود. متداول ترین غشاهای مورد استفاده از پلی آمید ساخته می شوند، پلیمری که نفوذپذیری عالی در آب و دفع نمک را ارائه می دهد. اما این غشاها همچنین حساس به ” رسوب زیستی ” هستند، زمانی که یک بیوفیلم باکتریایی روی سطح رشد می کند و راه های عبور غشاها را مسدود می کند.
کلر را می توان برای جلوگیری از رسوب زیستی غشا استفاده کرد، که همچنین می تواند لایه های پلی آمید را خراب کند. برای غلبه بر این محدودیت ها، صنعت به طور گسترده یک سری مراحل پرهزینه پیش تصفیه را اتخاذ کرده است.
محققان ییل و نانجینگ با طراحی مواد نوآورانه، یک غشای اسمز معکوس ساخته اند که نه تنها آب را نمک زدایی می کند، بلکه در برابر کلر و همچنین رسوب مقاوم است. به جای استفاده از استاندارد طلای صنعت پلی آمید برای توسعه این غشاها، محققان در عوض از پلی استر استفاده کردند.
انتخاب ماده بسیار مهم است، زیرا این غشای پلی استر امکان نفوذپذیری آب قابل توجهی را فراهم می کند، سدیم کلرید و بور را دفع می کند و در برابر کلر مقاومت کامل دارد. سطح فوق العاده صاف و کم انرژی غشاء همچنین در جلوگیری از رسوب و پوسته شدن مواد معدنی از غشاهای پلی آمید برتری دارد.علاوه بر این، تیم غشاها را طوری طراحی کردند که بتوانند به راحتی توسط صنعت پذیرفته شوند.
الیملک، پروفسور مهندسی شیمی و محیط زیست استرلینگ، گفت: «فرایند ساخت غشای پلی استر شبیه به غشای پلی آمیدی پیشرفته است، بنابراین خطوط تولید صنعتی موجود به طور بالقوه می‌توانند برای تولید سریع مقیاس شوند.»
پروفسور ژوان ژانگ از دانشگاه علم و فناوری نانجینگ، چین گفت که پس از بهینه سازی طراحی، غشاهای آنها در نهایت می توانند از غشاهای پلی آمیدی امروزی در سطوح انتخاب پذیری آب-نمک عملکرد بهتری داشته باشند و راهی برای کاهش قابل توجه مراحل پیش تصفیه در نمک زدایی ارائه دهند.
آنها همچنین خاطرنشان کردند که از آنجایی که کمبود آب به طور فزاینده ای به یک مشکل در سراسر جهان تبدیل شده است، فناوری های جدید نمک زدایی مورد نیاز است و فناوری که آنها توسعه داده اند از بسیاری از چالش هایی که سیستم های فعلی با آن مواجه هستند اجتناب می کند.
رایان دوچانویز، یکی از نویسندگان، می گوید: «غشاهای پیشرفته با مقاومت در برابر رسوب و پوسته پوسته شدن، نویدبخش افزایش دسترسی به آب شیرین برای کسانی است که به آن نیاز دارند.
