نمک‌زدایی از آب دریا با سرعت چندهزار برابر بیشتر از روش‌های معمول

برای اولین بار، محققان از نانوساختار‌های مبتنی بر فلوئور برای فیلتر کردن نمک از آب استفاده کردند. در مقایسه با روش‌های نمک‌زدایی کنونی، این نانوکانال‌های فلوئوردار سریع‌تر کار می‌کنند.

کد خبر: ۱۰۱۲۰۶۵

دوشنبه - ۰۲ خرداد ۱۴۰۱ / May 23, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، کمبود آب یک مشکل رو به رشد در سراسر جهان است. نمک‌زدایی از آب دریا یک روش شناخته شده برای تولید آب آشامیدنی است، اما هزینه‌های انرژی در این فرآیند زیاد است. برای اولین بار، محققان از نانوساختار‌های مبتنی بر فلوئور برای فیلتر کردن نمک از آب استفاده کردند. در مقایسه با روش‌های نمک‌زدایی کنونی، این نانوکانال‌های فلوئوردار سریع‌تر کار می‌کنند، به فشار کمتر و انرژی کمتری نیاز دارند و فیلتر مؤثرتری هستند.

اگر تابه‌حال با ماهیتابه‌ای با روکش تفلون نچسب غذا پخته باشید، احتمالاً دیده‌اید که مواد مرطوب به راحتی درون تابه می‌چرخند. این چرخش به این دلیل اتفاق می‌افتد که جزء اصلی تفلون فلوئور است، عنصری سبک وزن که به طور طبیعی آبگریز است. تفلون همچنین می‌تواند برای خط لوله‌ها برای بهبود جریان آب استفاده شود. چنین رفتاری توجه یوشیمیتسو ایتوه، استادیار گروه شیمی و زیست‌فناوری دانشگاه توکیو و تیمش را به خود جلب کرد. این موضوع الهام بخش آن‌ها شد تا بررسی کنند که چگونه لوله‌ها یا کانال‌های ساخته شده از فلوئور ممکن است در مقیاس بسیار متفاوت، در مقیاس نانو، کار کنند.

وی می‌گوید: «ما کنجکاو بودیم که ببینیم یک نانوکانال فلوئوردار چقدر ممکن است در فیلتر کردن انتخابی ترکیبات مختلف، به ویژه آب و نمک موثر باشد. پس از اجرای برخی شبیه‌سازی‌های کامپیوتری پیچیده، به این نتیجه رسیدیم که ارزش زمان و تلاش برای ایجاد یک نمونه اولیه را دارد.»

در حال حاضر دو راه اصلی برای نمک زدایی از آب وجود دارد. در روش حرارتی، از گرما برای تبخیر آب دریا استفاده می‌شود به طوری که آب خالص پس از تبخیر و متراکم شدن، تولید می‌شود. در اسمز معکوس، از فشار برای عبور دادن آب از غشا برای جداسازی نمک، استفاده می‌شود. هر دو روش به انرژی زیادی نیاز دارند. اما آزمایش‌های ما نشان می‌دهد که نانوکانال‌های فلوئوردار به انرژی کمی نیاز دارند و مزایای دیگری نیز دارند.»

این تیم با سنتز شیمیایی حلقه‌های فلوئور نانوسکوپی، غشا‌های فیلتراسیونی را ایجاد کردند که در یک لایه لیپیدی غیرقابل نفوذ، روی هم چیده شده و جاسازی شدند. آن‌ها چندین نمونه آزمایشی با نانورینگ بین ۱ تا ۲ نانومتر ایجاد کردند.»

یوشیمیتسو ایتوه می‌گوید: «دیدن نتایج بسیار هیجان‌انگیز بود. کانال‌های کوچک‌تر ما مولکول‌های نمک ورودی را کاملاً جداسازی می‌کردند و کانال‌های بزرگ‌تر نیز همچنان نسبت به سایر روش‌های نمک‌زدایی و حتی فیلتر‌های نانولوله‌های کربنی پیشرفت داشتند. تعجب واقعی برای من این بود که این فرآیند با چه سرعتی انجام شد. نمونه ما چندین هزار برابر سریع‌تر از دستگاه‌های معمولی صنعتی و حدود ۲۴۰۰ برابر سریع‌تر از دستگاه‌های آزمایشی نمک زدایی مبتنی بر نانولوله کربنی کار کرد.»

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در Science منتشر شده است.