Geekly articles weekly

طور العلماء طريقتين جديدتين لتحلية المياه

صورة

في نفس الوقت تقريبًا ، اقترح مهندسون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة إلينوي في أوربانا شامبين (UIUC) طرقًا جديدة لتحلية المياه المالحة. تعتمد طريقة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على موجات الصدمة ، واستخدمت جامعة UIUC مادة نانومترية مسامية لفصل الملح عن الماء.

إذا لم يكن هناك ماء في الصنبور


يتزايد الاستهلاك العالمي من المياه باستمرار ، وفي بعض المناطق ذات الكثافة السكانية العالية من الكوكب بدأ في النقص في المعروض. لم تعد مشكلة نقص المياه العذبة من حق الصحاري الأفريقية. على الرغم من حقيقة أن المحيطات تغطي 70 ٪ من سطح كوكبنا ، إلا أنه لا يوجد سوى القليل من مياه الشرب عليه.

في كاليفورنيا ، بسبب الجفاف لمدة ثلاث سنوات ، لم يتم حساب هطول الأمطار السنوي تقريبًا ، ولهذا السبب كان على السلطات فرض قيود على استخدام المياه. في الصين ، يتم بناء واحدة من أكبر محطات تحلية المياه في خليج بوهاي بالقرب من مدينة تانغشان.

الطرق الشائعة لتحلية المياه هي التناضح العكسي - دفع الماء من خلال غشاء يحجز جزيئات الملح ، التقطير - الغليان ، يليه جمع وتبريد البخار ، أو التحليل الكهربائي - تغيير تركيز الشوارد في المحلول بواسطة تيار كهربائي. هذه الطرق تستهلك الكثير من الطاقة.

تحلية الصدمة


تم نشر عمل مهندسي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بطريقة غير عادية لتحلية المياه بقيادة البروفيسور مارتن بازانت في مجلة العلوم والتكنولوجيا البيئية. يقول بازانت: "هذه عملية فصل جديدة جوهريًا تختلف عن أي شخص آخر". "إنه يوفر فصلًا خالٍ من الغشاء للأيونات وجزيئات الماء."

في التحليل الكهربائي التقليدي ، تصنع أغشية الحاجز في وعاء الفصل. تسمح الأغشية المرشحة للماء بالمرور عبر جزيئات الملح الكبيرة واحتجازها. يتم ترتيب هذه الأغشية بالتناوب وتقسيم الحجم الكلي إلى العديد من التجاويف. يتم تمرير تيار كهربائي ثابت من خلال الحمام مع المحلول ، مما يجعل أيونات الأملاح المذابة في الحركة.

تتحرك الأيونات المشحونة بشكل متعارض في اتجاهين متعاكسين ، ولكن نظرًا لأن حوض الاستحمام مملوء بالأغشية التي تمنع حركة الأيونات ، يتم حجز الأيونات في أقرب غشاء يتوافق مع شحنتها وتظل في التجويف بين الغشاءين. ونتيجة لذلك ، تحدث زيادة في تركيز الأيونات بين زوج واحد من الأغشية (يتم سكب هذا الماء مرة أخرى في البحر) ، ويحدث انخفاض بين الآخر ، أي يتم الحصول على المياه العذبة.

صورة

في عملية جديدة تسمى التحليل الكهربائي للصدمة ، يتدفق الماء عبر التزجيج- مواد خزفية مسامية. على كلا الجانبين ، يتم تقييد كتلة المواد بالأقطاب الكهربائية. يؤدي تدفق تيار مباشر قوي بما فيه الكفاية بين الأقطاب الكهربائية إلى ظهور موجة صدمة في التيار ، مما يؤدي بوضوح إلى تقسيم التيار إلى جزأين - أحدهما مالح للغاية والآخر هو المياه العذبة. يبقى فقط لفصل التدفقات بقسم بسيط.

في هذه العملية ، لا يتم استخدام الأغشية ، ولا يوجد أي انسداد ولا يتطلب التنظيف ، مع ضمان التدفق المستمر للمياه من خلال مادة غير مكلفة للتصنيع. تم اكتشاف التأثير الكامن وراء هذه العملية قبل عدة سنوات من قبل العلماء في جامعة ستانفورد.

يزعم خبراء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن العملية يمكن استخدامها ليس فقط لتحلية المياه ، ولكن أيضًا لمعالجة المياه. على سبيل المثال ، في عملية التكسير الهيدروليكي ، يتم تكوين الكثير من المياه المالحة والملوثة التي يمكن تنظيفها بهذه الطريقة. بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا للعلماء ، فإن التيار الكهربائي اللازم لتنظيم العملية قوي بما يكفي لقتل البكتيريا وتعقيم المياه.

نهج خفي لتحلية المياه


ومع ذلك ، يقدم مهندسو إلينوي خيارهم الخاص لتحلية المياه عن طريق ترشيحها من خلال غشاء. ومع ذلك ، فإن غشاء ثاني كبريتيد الموليبدينوم الخاص بهم لا يتجاوز سمكه بضعة نانومتر. يجادل مهندسو UIUC بأن المرشح الخاص بهم أكثر فائدة بكثير من مرشحات التناضح العكسي التقليدية ، وهي باهظة الثمن.

عادة ما تتطلب تحلية المياه من خلال المرشحات الكثير من الضغط ، وتسد الأغشية بسرعة وتتطلب التنظيف أو الاستبدال. ولكن وفقًا للمهندسين ، يتناسب الضغط المطلوب لتحلية المياه مع سمك الغشاء. حتى أن العديد من العلماء حاولوا استخدام الجرافين لتصفية المياه ، لكنهم واجهوا صعوبات محددة في التفاعل مع الجرافين.

أخذ مهندسو جامعة UIUC ثاني كبريتيد الموليبدينوم لأنه يحتوي على الموليبدينوم محاطًا بذرتين من الكبريت. ونتيجة لذلك ، تحتوي "صفيحة" رقيقة من MoS 2 على كبريت من الخارج والموليبدينوم من الداخل. إذا كان هناك ثقب في مثل هذه الورقة ، فسيكون هناك حلقة من ذرات الموليبدينوم حولها. قال محمد حيرانيان ، مؤلف العمل:

صورة

"إن مزايا مرشح MoS 2 هي أن الموليبدينوم يجذب الماء وصد الكبريت ، مما يضمن معدلًا عاليًا من مرور المياه عبر الحفرة". "تم دمج هذه الخاصية كيميائيًا في MoS 2 ، لذلك لا يلزم إعدادها أو تعديلها بشكل خاص بأي شكل من الأشكال ، على عكس الجرافين ، حيث يكون هذا التحضير عملية معقدة للغاية."

كيف سنحلل؟


التقدم لا يقف ساكنا ، وتظهر التقنيات الجديدة بسرعة كبيرة. سيحدد الوقت أي من هذه الأفكار سيجتاز اختبار الواقع. من الممكن أنه لزيادة الكفاءة ، سيتم استخدام التقنيات المختلفة معًا. الشيء الرئيسي هو أنه نتيجة لذلك يعطون الكثير من المياه العذبة للشرب وللأغذية - بعد كل شيء ، المستهلكون الرئيسيون للمياه العذبة هم المزارع.

Source: https://habr.com/ru/post/ar386527/

More articles:


All Articles