Новая супергидрофобная мембрана обещает революцию в десалинации воды

Как получить пресную воду из соленой с помощью низкокачественной энергии? Этот вопрос интересует многих ученых и инженеров, которые занимаются разработкой новых технологий десалинации. Одним из перспективных методов является мембранная дистилляция (MD), основанная на использовании гидрофобных мембран, которые пропускают пар, но не жидкость. Однако для эффективной работы MD необходимо решить фундаментальную проблему: как совместить высокую устойчивость мембран к проникновению соленой воды и высокую пропускную способность для пара?

Недавно группа ученых из Германии и Греции представила свое решение этой задачи. Они разработали супер жидкостеотталкивающую мембрану с иерархической пористой структурой, покрывая коммерческую микропористую мембрану из полиэфирсульфона сетью нановолокон из полисилоксана. Это покрытие не содержит фтора, который обычно используется для повышения гидрофобности, но может вызывать экологические проблемы. Благодаря нановолокнам, мембрана эффективно предотвращает проникновение соленой воды под высоким гидростатическим давлением (>11,5 бар), не ухудшая при этом перенос пара. Кроме того, большие внутренние микропоры мембраны увеличивают поток дистиллята на 60% по сравнению с широко используемыми коммерческими мембранами, обеспечивая при этом отличную отсечку соли и стабильность работы.

Эта разработка открывает новые возможности для создания высокопроизводительных композитных мембран с многоуровневой пористой структурой, которые могут найти широкое применение не только в десалинации, но и в очистке сточных вод. Мембранная дистилляция — это многообещающая технология, которая может помочь решить проблему нехватки пресной воды во многих регионах мира.

Какие методы десалинации на текущий момент наиболее популярны?

Десалинация — это важный способ обеспечения населения пресной водой, особенно в регионах с ограниченными ресурсами или высоким спросом. Однако десалинация в промышленных объемах создает ряд проблем, таких как высокое потребление энергии, экологические риски и экономические затраты. Поэтому необходимо выбирать наиболее подходящий метод в зависимости от конкретных условий и целей.

В настоящее время существует множество методов десалинации, но самыми распространенными являются обратный осмос, электродиализ, мембранная дистилляция и термическая дистилляция. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки, которые зависят от различных факторов, таких как качество исходной воды, энергетическая эффективность, экономическая целесообразность и экологический ущерб.

Обратный осмос — это метод десалинации, при котором соленая вода под высоким давлением проталкивается через полупроницаемую мембрану, которая задерживает соли и другие примеси. Это наиболее распространенный и зрелый метод десалинации, который обладает высокой отсечкой солей и низким энергопотреблением. Однако этот метод требует высокого качества мембран и предварительной обработки воды, чтобы предотвратить загрязнение и засорение мембран. Кроме того, этот метод производит большое количество концентрированного раствора (рассола), который может нанести вред окружающей среде при неправильном утилизации.

Электродиализ — это метод десалинации, при котором соленая вода проходит через систему альтернирующих анион- и катион-обменных мембран под воздействием электрического поля. Этот метод имеет низкое энергопотребление и может работать при низком давлении и температуре. Однако этот метод менее эффективен для очень соленой воды (> 10 г/л) и подвержен проблемам образования отложений на мембранах и электродах. Кроме того, этот метод также производит рассол, который нуждается в дальнейшей обработке или утилизации.

Мембранная дистилляция — это метод десалинации, при котором соленая вода испаряется на гидрофобной мембране под низким давлением, а пар конденсируется на другой стороне мембраны или на охлаждающей поверхности. Этот метод может использовать низкокачественную тепловую энергию (например, солнечную) и может обрабатывать высокосоленую или загрязненную воду. Однако этот метод требует высококачественных гидрофобных мембран с высокой устойчивостью к смачиванию и высокой пропускной способностью для пара. Кроме того, этот метод имеет низкую тепловую эффективность и большие потери тепла через мембрану.

Термическая дистилляция — это метод десалинации, при котором соленая вода нагревается до кипения, а пар конденсируется на охлаждающей поверхности. Этот метод может обрабатывать любую соленость и качество воды и имеет высокую отсечку солей. Однако этот метод имеет высокое энергопотребление и требует сложного оборудования и обслуживания. Кроме того, этот метод также производит рассол, который нуждается в дальнейшей обработке или утилизации.