Ученые показали, как совершенствовать мембраны для опреснения и очистки воды
Ученые из Хайфского Техниона и Университета Техаса в Остине впервые исследовали мембраны для опреснения в водонасыщенном состоянии и обнаружили кардинальные различия с сухими образцами.
Работа опубликована в журнале ACS Nano.
По данным Всемирной организации здравоохранения, примерно четверть населения планеты не имеет доступа к безопасной питьевой воде. Чистая вода включена в 17 целей устойчивого развития ООН. Технологии опреснения особенно важны в засушливых регионах, таких как Израиль.
Израиль сегодня – мировой лидер и в очистке воды, и в опреснении. Пять опреснительных установок Израиля обеспечивают около 70% бытового водоснабжения страны. Кроме того, около 85% сточных вод очищается и используется в сельскохозяйственных целях.
Главный инструмент опреснения и очистки воды – технология обратного осмоса. При этом процессе соленая вода или вода, требующая очистки, пропускается через тончайшие мембраны, чьи поры меньше нанометра. Чтобы процесс был эффективным, соленая вода подается под очень высоким давлением. Это требует больших затрат энергии: одна опреснительная установка затрачивает на свою работу энергию, которой хватило бы для небольшого города.
Ученые, занимающиеся обратным осмосом, понимали, что измерять состояние мембран надо в мокром, рабочем состоянии, но из-за того, что поры и сами структуры наноразмерные, сделать это долгое время не удавалось. В новой работе проблему решили: ученые заморозили воду в мембране и сняли ее структуру с помощью криогенной просвечивающей электронной микроскопии.
Исследователи увидели, что вода кардинально изменяет структуру мембраны. Мокрая мембрана "разбухает" на треть или даже больше. Это меняет всю 3D-структуру, в том числе и размеры пор. Теперь ученые готовы передать свои фундаментальные результаты инженерам, которые смогут усовершенствовать установки обратного осмоса. Учитывая огромное значение опреснения и очистки воды, не только в Израиле, но и во всем мире, если удастся увеличить эффективность работы, в том числе снизить давление в установках, выигрыш может быть очень большим.