نمک زدایی تصفیه آب :امروزه فقدان آب برای مصارف گوناگون از جمله کشاورزی یک بحران تلقی می شود .
با توجه به رشد سریع جمعیت جهان و فعالیت های اقتصادی آن در پس زمینه تغییرات آب و هوایی،
بسیاری از کشورها به راه حل های فوری نیاز دارند. شیرین کردن آب برای مصارف کشاورزی ایده جذابی است.
برای انجام این کار، در پنجاه سال گذشته، غشاهای فیلتر کردن،
اجازه عبور مولکول‌های آب را می‌دهند اما یون‌های تشکیل‌دهنده نمک را متوقف می‌کنند.
اما عملکرد آنها تاکنون تنها منجر به راه‌حل‌های بسیار انرژی‌بر شده است که خود به تغییرات آب و هوایی کمک می‌کنند.
نمک زدایی تصفیه آب | تصفیه فاضلاب صنعتی | آریا عمران
در حال حاضر تقریباً ۱۰۰ میلیون متر مکعب آب در روز در سراسر جهان نمک زدایی می شود.
چندین فناوری پیشرفته استفاده می شود. آنها عمدتا بر اساس فرآیندی الهام گرفته از طبیعت به نام اسمز معکوس هستند.
به عنوان مثال، این مربوط به عبور خود‌به‌خود آب از منافذ غشایی است که دو محلول با غلظت های مختلف نمک را جدا می کند:
آب از کمترین غلظت به غلیظ ترین آن عبور می کند که دومی را رقیق می کند و در نهایت اختلاف را کاهش می دهد.
غلظت بین دو محلول اما برای نمک زدایی آب دریا، برعکس،
آب باید در جهت مخالف این حرکت خود به خودی “فشار” شود
تا غلظت نمک بسیار متفاوت در دو طرف غشاء یا حتی غلظت صفر یا تقریباً صفر در یک طرف به دست آید.
این نیاز به اعمال فشار قوی به آب دارد. این اسمز معکوس تحت فشار نامیده می شود.
فرآیندهای بیولوژیکی
سنتز چنین غشاهایی که بیومیمتیک نامیده می شوند زیرا فرآیندهای بیولوژیکی را بازتولید می کنند، از پیشرفت مداوم در شیمی بهره می برد.
بیش از نیم قرن از تصور اولین غشایی که برای شیرین سازی آب برای مصارف‌گوناگون
از جمله کشاورزی به روش اسمز معکوس استفاده شد می گذرد.
این ماده که به شکل لایه نازکی از پلی آمید ساخته شده است،
دارای نفوذپذیری آب بین ۱ تا ۱٫۵ لیتر بر متر مکعب در ساعت در هر بار و میزان دفع نمک ۹۹ درصد است.
اخیراً، ساخت غشاهای متشکل از لایه‌های نازک پلی آمیدی از جمله نانوذرات،
نفوذپذیری را با نرخ دفع نمک پایین‌تر بهبود بخشیده است.
غشاهای دیگر که در دهه ۲۰۱۰ ساخته شدند، بر تقلید حتی پیشرفته‌تری از طبیعت متکی بودند.
آکواپورین ها
آنها حاوی پروتئین ها، “آکواپورین ها” هستند که کانال هایی را تشکیل می دهند که به آب نفوذ می کنند و یون ها را دفع می کنند.
کشف این آکواپورین ها که این وظیفه را در غشای سلول های بیولوژیکی انجام می دهند،
جایزه نوبل شیمی را برای زیست شناس آمریکایی پیتر آگر در سال ۲۰۰۳ به ارمغان آورد. به لطف آنها،
نفوذپذیری غشاها حدود ۳۰٪ بهبود یافته است، اما با کاهش انتخاب یون (نرخ دفع نمک تنها ۹۷٪ است).
آب شیرین کن بروش نمک زدایی
کاربردهای بزرگ غشاهای هیبریدی
مهمتر از همه، کاربردهای بزرگ غشاهای هیبریدی پلی آمید آکواپورین هنوز از معایب بسیاری مانند هزینه بالای تولید آکواپورین‌ها توسط بیوسنتز، پایداری کم، محدودیت‌های تولید، ناپایداری در فشارهای بالا و غیره رنج می برند.
برای بهبود غشاهای نمک زدایی، آکواپورین ها را می توان با کانال های مصنوعی جایگزین کرد برای مثال برخی شرکت های شیرین سازی آب روی کانال‌هایی کار کرده اند که در لایه‌ای دوگانه از مولکول‌های لیپیدی (مواد چرب)،
شبیه به غشای سلول‌های بیولوژیکی قرار می‌گیرند، آنها کشف کردند که برای عبور از این کانال ها،
مولکول های آب
مولکول های آب در یک فایل منفرد ردیف می شوند و به روشی بسیار دقیق جهت یابی می کنند.
این آرایش باعث تحرک بیشتر مولکول‌ها در این کانال‌ها می‌شود، بنابراین حمل و نقل ماده را با کاهش عرضه انرژی خارجی ترجیح می‌دهد.
این کانال‌های آب مصنوعی به سرعت جایگزین امیدوارکننده‌ای بودند.
برای ساخت غشاهایی که حاوی آن در مقیاس متر بودند، آنها را با پلی آمید اثبات شده روزهای اولیه ترکیب کرده اند.
با بهبود فرآیند شیمیایی مرسوم پلیمریزاسیون به این امر دست یافته یک ساختار هیبریدی به شکل “سوپر اسفنج” به دست آمده است.
چنین غشاهای هیبریدی با چندین شریک صنعتی در حال توسعه هستند.
عملکرد نفوذپذیری
عملکرد آنها در نفوذپذیری (۳ لیتر در متر مکعب در ساعت در هر بار) و دفع نمک (بیش از ۹۹٫۵٪)
باعث کاهش ۱۲٪ صورتحساب انرژی برای سه برابر بیشتر آب تولید شده نسبت به روش های فعلی می شود که بازدهی آنها برای پنجاه سال راکد بوده است.
بنابراین آنها تغییر مقیاس را ایجاد می کنند، در حالی که باعث بهبود پایداری طولانی مدت این مواد و کاهش اندازه کارخانه های نمک زدایی می شوند.
همچنین می‌توان استفاده از این غشاها را برای تولید آب فوق‌العاده ساده‌تر در نظر گرفت که برای ساخت واکسن‌ها یا اجزای میکروالکترونیک ضروری است.
درک جریان انتخابی آب در کانال های مصنوعی زمینه ای است که شکاف بین تحقیقات اساسی و کاربردهای صنعتی را پر می کند.
با کمال تعجب، کانال های آب مصنوعی با اندازه نانومتری (یک نانومتر یک میلیونیم میلی متر یا ۱۰-۹ متر است!)
امکان ساخت متر مربع غشاء برای تولید میلیون ها متر مکعب آب شیرین شده در روز را فراهم می کند.
زیبایی شیمی است که این قدرت را دارد که اشیاء خود را در مقیاس های مختلف و برای چنین کاربردهای متنوعی بسازد.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.