مستقبل تحلية المياه؟ غشاء انتقائي سريع وفعال لتنقية المياه المالحة

الصفحة الرئيسية > صحافة > مستقبل تحلية المياه؟ غشاء انتقائي سريع وفعال لتنقية المياه المالحة

إن تقليل الطاقة وبالتالي التكلفة المالية ، فضلاً عن تحسين بساطة تحلية المياه ، يمكن أن يساعد المجتمعات في جميع أنحاء العالم التي تعاني من ضعف الوصول إلى مياه الشرب الآمنة.

CREDIT
© 2022 إيتوه وآخرون.

المستخلص:
ندرة المياه مشكلة متنامية في جميع أنحاء العالم. تحلية مياه البحر طريقة راسخة لإنتاج مياه صالحة للشرب لكنها تأتي بتكاليف طاقة ضخمة. لأول مرة ، استخدم الباحثون الهياكل النانوية القائمة على الفلور لتصفية الملح من الماء بنجاح. بالمقارنة مع طرق تحلية المياه الحالية ، تعمل هذه القنوات النانوية الفلورية بشكل أسرع وتتطلب ضغطًا أقل وطاقة أقل ، كما أنها أكثر فاعلية في التصفية.

مستقبل تحلية المياه؟ غشاء انتقائي سريع وفعال لتنقية المياه المالحة

طوكيو ، اليابان | نُشر في 13 مايو 2022

إذا سبق لك الطهي باستخدام مقلاة غير لاصقة مغطاة بالتفلون ، فمن المحتمل أنك رأيت الطريقة التي تنزلق بها المكونات المبللة حولها بسهولة. يحدث هذا لأن المكون الرئيسي للتفلون هو الفلور ، وهو عنصر خفيف الوزن طارد للماء بشكل طبيعي ، أو كاره للماء. يمكن أيضًا استخدام التفلون لتبطين الأنابيب لتحسين تدفق المياه. جذب هذا السلوك انتباه الأستاذ المشارك يوشيميتسو إيتوه من قسم الكيمياء والتكنولوجيا الحيوية بجامعة طوكيو وفريقه. لقد ألهمهم ذلك لاستكشاف كيف يمكن أن تعمل الأنابيب أو القنوات المصنوعة من الفلور على نطاق مختلف تمامًا ، المقياس النانوي.

"كنا فضوليين لمعرفة مدى فعالية القناة النانوية الفلورية في الترشيح الانتقائي لمركبات مختلفة ، على وجه الخصوص ، الماء والملح. وبعد إجراء بعض عمليات المحاكاة الحاسوبية المعقدة ، قررنا أن إنشاء عينة عمل يستحق الوقت والجهد ". "هناك طريقتان رئيسيتان لتحلية المياه حاليًا: حراريًا ، باستخدام الحرارة لتبخير مياه البحر بحيث تتكثف كمياه نقية ، أو عن طريق التناضح العكسي ، الذي يستخدم الضغط لدفع المياه عبر غشاء يمنع الملح. تتطلب كلتا الطريقتين قدرًا كبيرًا من الطاقة ، لكن اختباراتنا تشير إلى أن القنوات النانوية الفلورية تتطلب القليل من الطاقة ، ولها فوائد أخرى أيضًا ".

ابتكر الفريق أغشية اختبار الترشيح عن طريق توليف كيميائي لحلقات الفلور النانوية ، والتي تم تكديسها ودمجها في طبقة دهنية غير منفذة بخلاف ذلك ، على غرار الجزيئات العضوية التي تشكل جدران الخلايا. قاموا بإنشاء عدة عينات اختبار مع نانورات بين حوالي 1 و 2 نانومتر. كمرجع ، يبلغ عرض شعرة الإنسان حوالي 100,000 نانومتر. لاختبار فعالية أغشيتهم ، قام إيتو والفريق بقياس وجود أيونات الكلور ، أحد المكونات الرئيسية للملح - والآخر هو الصوديوم - على جانبي غشاء الاختبار.

"كان من المثير للغاية رؤية النتائج بشكل مباشر. قال إيتو: "إن قنوات الاختبار الأصغر لدينا ترفض تمامًا جزيئات الملح الواردة ، والقنوات الأكبر أيضًا كانت لا تزال تمثل تحسنًا مقارنة بتقنيات تحلية المياه الأخرى وحتى مرشحات الأنابيب النانوية الكربونية المتطورة". "كانت المفاجأة الحقيقية بالنسبة لي هي السرعة التي حدثت بها العملية. عملت عينتنا أسرع بآلاف المرات من الأجهزة الصناعية النموذجية ، وحوالي 2,400 مرة أسرع من أجهزة تحلية المياه التجريبية القائمة على الأنابيب النانوية الكربونية ".

بما أن الفلور سلبي كهربائيًا ، فإنه يصد الأيونات السالبة مثل الكلور الموجود في الملح. لكن ميزة إضافية لهذه السلبية هي أنها تفكك أيضًا ما يُعرف باسم مجموعات الماء ، وهي مجموعات من جزيئات الماء غير مترابطة بشكل أساسي ، بحيث تمر عبر القنوات بشكل أسرع. تعد أغشية تحلية المياه المعتمدة على الفلورين التي وضعها الفريق أكثر فاعلية وأسرع وتتطلب طاقة أقل للعمل وهي مصممة لتكون سهلة الاستخدام أيضًا ، فما الفائدة؟

"في الوقت الحاضر ، الطريقة التي نصنع بها موادنا هي نفسها كثيفة الاستهلاك للطاقة نسبيًا ؛ ومع ذلك ، هذا شيء نأمل في تحسينه في البحث القادم. وقال إيتوه ، نظرًا لطول عمر الأغشية وتكاليف تشغيلها المنخفضة ، فإن تكاليف الطاقة الإجمالية ستكون أقل بكثير من الأساليب الحالية. "الخطوات الأخرى التي نرغب في اتخاذها هي بالطبع توسيع نطاق هذا. كانت عينات الاختبار لدينا عبارة عن قنوات نانوية مفردة ، ولكن بمساعدة متخصصين آخرين ، نأمل في إنشاء غشاء يبلغ عرضه حوالي متر واحد في عدة سنوات. بالتوازي مع مخاوف التصنيع هذه ، نستكشف أيضًا ما إذا كان من الممكن استخدام أغشية مماثلة لتقليل ثاني أكسيد الكربون أو غيرها من منتجات النفايات غير المرغوب فيها التي تطلقها الصناعة. "

التمويل: تم دعم هذا العمل مالياً من قبل JSPS Grant-in-Aid للبحث العلمي (S) 7 (18H05260) حول "مواد وظيفية مبتكرة تعتمد على علوم متعددة الجزيئات البينية 8" لـ TAYI ممتنًا لمنحة JSPS -Aid for Scientific Research (B) (21H01903) 9 and JST، PRESTO Grant Number JPMJPR21Q1.

####

عن جامعة طوكيو
جامعة طوكيو هي الجامعة الرائدة في اليابان وواحدة من أفضل الجامعات البحثية في العالم. يتم نشر المخرجات البحثية الهائلة لحوالي 6,000 باحث في أهم المجلات العالمية في مجالات الفنون والعلوم. يضم الجسم الطلابي النابض بالحياة لدينا حوالي 15,000 طالب جامعي و 15,000 خريج يضم أكثر من 4,000 طالب دولي. اكتشف المزيد على www.u-tokyo.ac.jp/en/ أو تابعنا على Twitter علىUTokyo_News_en.

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
جوزيف كريشر
جامعة طوكيو
المكتب: 81-358-411-045
جهة اتصال الخبراء

أستاذ مشارك يوشيميتسو إيتوه
جامعة طوكيو

الصحافة الاتصال:
السيد روهان ميهرا
مجموعة العلاقات العامة ، جامعة طوكيو
7-3-1 هونغو ، بونكيو-كو ، طوكيو 113-8656 ، اليابان
البريد الإلكتروني:

حقوق النشر © جامعة طوكيو

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: