Austin’deki Texas Üniversitesi’nden ve Penn State’ten araştırmacılar, bilim adamlarını bugüne kadar on yıllardır şaşırtan karmaşık bir sorunu çözdükten sonra, daha düşük bir maliyetle temiz su üretmek ufukta görünebilir.
Tuzdan arındırma membranları, toplumun sağlığı için kritik bir süreç olan sudan tuzu ve diğer kimyasalları giderir, tarım, enerji üretimi ve içme için milyarlarca galon suyu temizler. Fikir basit görünüyor , tuzlu suyu itin ve diğer taraftan temiz su çıkıyor , ancak bilim insanlarının hala anlamaya çalıştığı karmaşık karmaşıklıklar içeriyor.
Araştırma ekibi, DuPont Su Çözümleri ile ortaklaşa, bu gizemin önemli bir yönünü çözerek temiz su üretim maliyetlerini düşürmek için kapıyı açtı. Araştırmacılar, tuzdan arındırma membranlarının yoğunluk ve kütle dağılımında tutarsız olduğunu ve performanslarını engelleyebileceğini belirlediler. Nano ölçekte tekdüze yoğunluk, bu zarların ne kadar temiz su oluşturabileceğini artırmanın anahtarıdır.
UT Austin’de İnşaat, Mimari ve Çevre Mühendisliği Bölümü’nde yardımcı doçent olan Manish Kumar, “Ters ozmoz membranları suyu temizlemek için yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak bunlar hakkında hala bilmediğimiz çok şey var” dedi. Araştırma. “Suyun içlerinden nasıl geçtiğini gerçekten söyleyemedik, bu nedenle son 40 yıldaki tüm iyileştirmeler aslında karanlıkta yapıldı.”
Bulgular bugün Science’ta yayınlandı .
Kağıt, test edilen membranlarda % 30 – % 40 verimlilik artışını belgeliyor, bu da önemli ölçüde daha az enerji kullanarak daha fazla su temizleyebilecekleri anlamına geliyor. Bu hem bireysel evler hem de büyük kullanıcılar için temiz suya erişimin artmasına ve su faturalarının düşmesine yol açabilir.
Ters ozmoz membranları, bir taraftaki tuzlu besleme solüsyonuna basınç uygulayarak çalışır. Su geçerken mineraller orada kalır. Araştırmacılar, membransız tuzdan arındırma işlemlerinden daha verimli olmasına rağmen, yine de büyük miktarda enerji gerektirdiğini ve membranların verimliliğini artırmanın bu yükü azaltabileceğini söyledi.
Araştırmayı yöneten Penn State’de kimya mühendisliği profesörü Enrique Gomez “Tatlı su yönetimi dünya çapında önemli bir zorluk haline geliyor” dedi. “Kıtlıklar, kuraklıklar, artan şiddetli hava koşullarıyla birlikte, bu sorunun daha da önemli hale gelmesi bekleniyor. Özellikle kaynakların az olduğu bölgelerde temiz suya sahip olmak kritik derecede önemlidir.”
Araştırmayı çok sayıda tuzdan arındırma ürünü üreten Ulusal Bilim Vakfı ve DuPont finanse etti. DuPont araştırmacıları, daha kalın zarların aslında daha geçirgen olduğunu kanıtladığında tohumlar ekildi. Bu bir sürpriz oldu çünkü geleneksel bilgi, kalınlığın membranlardan ne kadar su akabileceğini azaltmasıydı.
Ekip şu anda DuPont’un bir parçası olan Dow Water Solutions ile 2015 yılında Kumar’ın düzenlediği bir “su zirvesi” ile bağlantı kurdu ve bu gizemi çözmeye hevesliydi. Iowa Eyalet Üniversitesi’nden araştırmacıları da içeren araştırma ekibi, Penn State’in Malzeme Karakterizasyon Laboratuvarı’nda son teknoloji elektron mikroskoplarını kullanarak nano ölçekli membran yapısının 3B rekonstrüksiyonlarını geliştirdi. Yapıya göre suyun ne kadar verimli bir şekilde temizlenebileceğini tahmin etmek için suyun bu zarlardan geçtiği yolu modellediler. Texas Advanced Computing Center’dan Greg Foss, bu simülasyonların görselleştirilmesine yardımcı oldu ve hesaplamaların çoğu TACC’nin süper bilgisayarı Stampede2 üzerinde yapıldı.