Enligt Världshälsoorganisationen saknar cirka 785 miljoner människor världen över en ren dricksvattenkälla. Trots den stora mängden vatten på jorden är det mesta havsvatten och sötvatten står för endast cirka 2.5% av totalen. Ett av sätten att tillhandahålla rent dricksvatten är att avsalta havsvatten. Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) har tillkännagett utvecklingen av ett stabilt elektrodrivet nanofibermembran för att förvandla havsvatten till dricksvatten genom membrandestillationsprocess.
Membranvätning är det mest utmanande problemet vid membrandestillation. Om ett membran uppvisar vätning under membrandestillation måste membranet bytas ut. Progressiv membranvätning har särskilt observerats vid långvariga operationer. Om ett membran blir helt vått leder membranet till ineffektivt membrandestillationsprestanda, eftersom matningen flödar genom membranet som leder till lågkvalitetspermeat.
Ett forskargrupp inom KICT, ledd av Dr. Yunchul Woo, har utvecklat koaxiella elektrospunna nanofibermembran tillverkade av en alternativ nanoteknik, som är elektrospinning. Denna nya avsaltningsteknik visar att den har potential att hjälpa till att lösa världens sötvattensbrist. Den utvecklade tekniken kan förhindra vätningsproblem och också förbättra den långsiktiga stabiliteten i membrandestillationsprocessen. En tredimensionell hierarkisk struktur bör bildas av nanofibrerna i membranen för högre ytjämnhet och därmed bättre hydrofobicitet.
Den co-axiella elektrospinningstekniken är ett av de mest fördelaktiga och enkla alternativen för att tillverka membran med tredimensionella hierarkiska strukturer. Dr. Woos forskargrupp använde poly (vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen) som kärnan och kiseldioxidluftgel blandad med en låg koncentration av polymeren som höljet för att producera ett koaxiellt kompositmembran och erhålla en superhydrofob membranyta. I själva verket uppvisade kiseldioxid-aerogel en mycket lägre värmeledningsförmåga jämfört med konventionella polymerer, vilket ledde till ökat vattenångflöde under membrandestillationsprocessen på grund av en minskning av ledande värmeförluster.
De flesta studier med användning av elektrospunna nanofibermembran i membrandestillationsapplikationer fungerade i mindre än 50 timmar även om de uppvisade höga vattenångflödesprestanda. Tvärtom använde Dr. Woos forskargrupp membrandestillationsprocessen med det tillverkade koaxiella elektrospunna nanofibermembranet i 30 dagar, vilket är en månad.
Det koaxiella elektrospunna nanofibermembranet utförde en 99.99% saltavstötning i 1 månad. Baserat på resultaten fungerade membranet bra utan problem med vätning och nedsmutsning på grund av dess låga glidvinkel och värmeledningsförmåga. Temperaturpolarisering är en av de betydande nackdelarna med membrandestillation. Det kan minska vattenångans flöde vid membrandestillation på grund av ledande värmeförluster. Membranet är lämpligt för långvariga membrandestillationstillämpningar eftersom det har flera viktiga egenskaper såsom låg glidvinkel, låg värmeledningsförmåga, undviker temperaturpolarisering och minskade vätnings- och nedsmutsningsproblem samtidigt som supermättad hög vattenångflödesprestanda bibehålls.
Dr. Woos forskargrupp konstaterade att det är viktigare att ha en stabil process än en hög vattenångflödesprestanda i en kommersiellt tillgänglig membrandestillationsprocess. Dr Woo sa att "det koaxiella elektrospunna nanofibermembranet har en stark potential för behandling av havsvattenlösningar utan att drabbas av vätningsproblem och kan vara lämpligt membran för membrandestillationstillämpningar i pilotskala och realskala."
# # #
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) är ett statligt sponsrat forskningsinstitut som inrättats för att bidra till utvecklingen av Koreas byggindustri och nationell ekonomisk tillväxt genom att utveckla källkod och praktisk teknik inom områdena konstruktion och nationell markförvaltning.
Denna forskning stöddes av ett internt bidrag (20200543-001) från KICT, Republiken Korea. Resultaten av detta projekt publicerades i den internationella tidskriften, Journal of Membrane Science, en känd internationell tidskrift inom polymervetenskap (IF: 7.183 och Rank # 3 i JCR-kategorin) i april 2021.
PlatoAi. Web3 Reimagined. Datainformation förstärkt.
Källa: https://bioengineer.org/making-seawater-drinkable-in-minutes/
