ОСТИН, Техас. Производство пресной воды по более низкой цене может в скором времени стать реальностью. Исследователи из Техасского университета в Остине и Пенсильвании решили сложную проблему, которая до сих пор ставила ученых в тупик на протяжении десятилетий.
Мембраны для опреснения удаляют из воды соль и другие химические вещества, очищая миллиарды литров воды для сельского хозяйства, производства энергии и питья. Процесс кажется простым - пропустите солёную воду через мембрану и получите пресную на выходе, но есть определённые сложности, которые учёные всё ещё пытаются разрешить.
Исследовательская группа университета Техаса в сотрудничестве с DuPont Water Solutions нашла решение важного аспекта этой задачи, открыв путь к снижению затрат на производство чистой воды. Исследователи установили, что опреснительные мембраны несовместимы по плотности и распределению массы, что может снижать их эффективность. Равномерная плотность мембран в наномасштабе является ключом к увеличению количества чистой воды, которую эти мембраны могут произвести.
"Мембраны обратного осмоса широко используются для очистки воды, но мы всё ещё многого о них не знаем", - говорит Маниш Кумар, доцент кафедры гражданского, архитектурного и экологического проектирования из университета Техаса, который был одним из руководителей исследования. "Мы не могли точно сказать, как вода проходит через них, поэтому все улучшения за последние сорок лет, по сути, были сделаны вслепую".
В исследовании было доказано повышение эффективности протестированных мембран на 30-40%. Это означает, что они могут очищать больше воды при значительно меньшем потреблении энергии.
Национальный научный фонд и компания DuPont, производящая множество опреснительных продуктов, финансировали исследование. Начало этому было положено, когда исследователи DuPont обнаружили, что более толстые мембраны на самом деле оказались более проницаемыми. Это стало неожиданностью, потому что общепринято было считать, что толщина мембран уменьшает количество воды, которое может проходить через них.
Команда, связанная с Dow Water Solutions, которая сейчас является частью DuPont, в 2015 году на «водном саммите», организованном Кумаром, стремилась разгадать эту загадку. Исследовательская группа, в которую также входят исследователи из Университета штата Айова, разработала трехмерные реконструкции наноразмерной структуры мембраны с использованием современных электронных микроскопов в лаборатории характеристик материалов в Пенсильвании. Они смоделировали путь, по которому вода проходит через эти мембраны, чтобы предсказать, насколько эффективно вода может быть очищена на основе этой структуры мембраны. Грег Фосс из Техасского центра передовых вычислений помог визуализировать эти процессы. Большая часть вычислений была выполнена на их суперкомпьютере Stampede2.
Подготовлено по материалам официального сайта Техасского университета.
#наука #опреснение воды #исследования ученых #фильтрация воды