Дефицит воды становится все более распространенной проблемой. К 2025 году 230 миллионов человек будут страдать от нехватки воды, а до 460 миллионов африканцев будут страдать от водного дефицита.
Как известно, вода покрывает 70% территории земного шара. Сладкого, однако, не хватает. Вот почему иногда для очистки соленой воды необходим процесс опреснения. Около половины воды, подаваемой на опреснительный завод, перерабатывается в питьевую воду.
La опреснение это известный метод производства питьевой воды, но традиционные процессы неэффективны и энергозатратны.
Как решить проблему?
Если вы когда-либо пользовались сковородой с антипригарным покрытием из тефлона, вы, вероятно, видели, как влажные продукты легко соскальзывают с нее. Тефлон — это высокогидрофобное и водоотталкивающее фторсодержащее соединение: его также можно использовать для покрытия труб, что позволяет воде легче течь.
Ёсимицу Ито с кафедры химии и биотехнологии Токийского университета и его коллеги были заинтригованы таким поведением. В результате они начали исследовать поведение труб, покрытых фтором, на разных уровнях (и наномасштабах).
«Мы хотели знать, способны ли фторированные наноканалы избирательно фильтровать определенные химические вещества, особенно воду и соли. После некоторых продвинутых компьютерных симуляций мы решили, что стоит создать рабочий образец», — говорит Ито.
Революционная мембрана
Сегодня существует два основных способа опреснения воды. Один из них — использовать тепло для испарения соленой воды и конденсации ее в чистую воду. Другой способ — использовать давление, чтобы нагнетать соленую воду в мембрану, которая блокирует соль. Оба метода, как уже упоминалось, требуют много энергии.
В исследовании Ито и его коллег (что я ссылаюсь на вас здесь) результаты показывают, что фторсодержащие нанотрубки требуют очень мало энергии и имеют другие преимущества.
Исследователи создали тестовые фильтрующие мембраны путем химического производства наноскопических колец фтора разных размеров. Они дошли до того, что протестировали кольца размером 1-2 нанометра (ширина человеческого волоса — 100.000 XNUMX нанометров) и оценили их эффективность.
Сверхбыстрая очистка соленой воды
«Было интересно увидеть результаты. Наши тестовые каналы — это огромный шаг вперед по сравнению с традиционными фильтрами. И они в тысячи раз (до 2400 раз) быстрее, чем типичные промышленные устройства».
Однако на экономическом уровне мы еще не достигли этого.
Следующие шаги? Возможность перенести это наномасштабное производство в более крупные размеры. Через несколько лет, говорит Ито, мы могли бы иметь фильтрующие мембраны диаметром около 1 метра.
И не только для соленой воды: такой метод также может работать для фильтрации (и сокращения) выбросов углекислого газа и других промышленных отходов.
