تصفیه آب با نوعی مایع محقق شد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، تصفیه آب فرآیند بسیار مهمی است، اما آنچنان که به نظر می‌رسد، ساده نیست.

از آنجا که منافذ در یک غشا، ناگزیر با مواد مضر پر می‌شود، برای تمیز کردن یا جایگزینی آن‌ها نیاز به زمان و انرژی است. در حال حاضر محققان یک غشای جدید الهام گرفته از طبیعت را آزمایش کرده‌اند که مایعات را با استفاده از مایعات دیگر تصفیه می‌کند و یک غشای موثرتر و بادوام‌تر می‌سازد.

مفهوم پایه این فیلتر کاملا سرراست است. برای حذف ذرات از آب، به سادگی آن را از یک غشای پر منفذ عبور می‌دهند. این منافذ برای انتقال مولکول‌های آب به اندازه کافی بزرگ هستند، اما برای عبور ذرات دیگر بسیار کوچک است.

مشکل این است که پس از مدتی، ذرات، در یک فرآیند به نام "رسوب" (fouling) منافذ را پر می‌کنند و روی سطح غشا جمع می‌شوند. همانطور که این رسوب به وجود می‌آید، نیاز است که آب با فشار بیشتری از غشا عبور داده شود و انرژی بیشتری در فرآیند مصرف می‌شود. تمیز کردن غشا مستلزم عبور بالعکس مواد شیمیایی تمیز کننده از آن است، اما نه تنها این کار نیاز به فرآیند فیلتر کردن را در حالت تعلیق می‌گذارد، بلکه نمی‌تواند ما را از شر تمام رسوبات خلاص کند. در نهایت، غشا‌ها باید اغلب جایگزین شوند.

اینجا جایی است که فیلتر جدید ابداعی محققان موسسه فناوری ویس (wyss) زیر نظر دانشگاه هاروارد، وارد عمل می‌شود. این فیلتر که به عنوان یک غشاء مایع موسوم به "LGM" شناخته می‌شود، با مایعی پوشیده است که مانند یک دروازه برگشت‌پذیر عمل می‌کند.

این مایع، منافذ را پر می‌کند و با اعمال فشار به غشا، به کنار می‌رود و اجازه می‌دهد آب عبور کند و تصفیه شود. ذرات دیگر هنوز هم نمی‌توانند عبور کنند، اما پوشش مایع مانع رسوب آن‌ها در سطح یا مسدود شدن حفره‌ها می‌شود.

سیستم‌های LGM را در طبیعت می‌توان در برگ‌ها دید که اساسا به گیاهان اجازه می‌دهد کربن دی اکسید تنفس کنند.

دانشمندان موسسه ویس، دانشگاه نورث‌ایسترن و دانشگاه واترلو برای آزمایش چگونگی کار LGM‌ها همکاری کردند.

آن‌ها ابتدا LGM‌ها را با پوشش غشای ۲۵ میلی‌متری و یک روان کننده مایع به نام "پرفلوئوروپلی‌اتر" (perfluoropolyether) ساختند.

تیم متوجه شد که LGM‌ها در مقایسه با فیلتر‌های رایج کنونی، دو برابر کارآمدی انرژی بیشتری دارند و نیاز به ۱۶ درصد فشار کمتر برای عبور جریان آب داشتند.

همچنین دوام LGM‌ها در برابر آلودگی و نیاز به تمیز کردن تقریبا سه برابر طولانی‌تر بود و نانوذرات را ۶۰ درصد کمتر در منافذ خود انباشته کردند.

"جک آلوارنگا" نویسنده اول این مطالعه می‌گوید: این اولین مطالعه برای نشان دادن این است که LGM‌ها می‌توانند در تنظیمات شبیه به آنچه در صنایع سنگین یافت می‌شود، فیلتراسیون پایدار را محقق کنند و این نشان می‌دهد که چگونه LGM‌ها در برابر انواع مختلف رسوب مقاومت می‌کنند که می‌تواند منجر به استفاده از آن‌ها در انواع سیستم‌های تصفیه آب شود.

این تیم اکنون قصد دارد مطالعات گسترده‌تری از جمله فیلتر کردن انواع مختلف مایعات و ذرات در مورد LGM‌ها و نحوه تجاری‌سازی این فناوری انجام دهد.

این تحقیق در مجله APL Materials منتشر شده است.