Новая технология мембранной фильтрации помогает решить проблемы нехватки воды

Мембрану можно использовать в современных системах очистки воды и других приложениях.

С ростом населения и промышленного развития потребность в воде также возросла, что привело к еще большему дефициту воды. Это диктует необходимость использования нетрадиционных источников воды, включая сточные воды, морскую воду и солоноватые воды.

В последние годы мембранные технологии стали ведущим инструментом повторного использования и опреснения воды благодаря их высокой энергоэффективности, простоте эксплуатации и компактной конструкции. Некоторые из них – например, опреснение с помощью обратного осмоса (ОО) и очистка сточных вод с помощью мембранных реакторов – уже широко применяются в промышленности.

Несмотря на широкое распространение, системы обратного осмоса испытывают давние ограничения в производительности, связанные с мембранными материалами. Современные мембраны также плохо удаляют нейтральные растворенные вещества с низкой молекулярной массой и чувствительны к разложению под действием окислителей, используемых при очистке воды.

Теперь исследователи из Университета Колорадо в Боулдере (CU Boulder) разработали новую мембранную систему фильтрации воды, основанную на пузырьках воздуха, которая может помочь решить проблемы нехватки воды во всем мире.

Как правило, мембранные фильтры используют давление, проталкивающее воду через сито, чтобы отделить воду от нежелательных частиц и загрязнений. Новая мембранная система использует крошечный слой пузырьков воздуха для дистилляции воды, а не для ее просеивания. По мнению исследователей, это изменение делает новую систему более проницаемой и лучше удаляет нежелательные примеси, чем обычные системы обратного осмоса.

Современные мембраны подвергаются компромиссу между водопроницаемостью и водно-солевой селективностью, при этом увеличение водопроницаемости приводит к снижению способности отталкивать соль. Напротив, команда заметила, что мембраны, основанные на фазовом переходе газ-жидкость, могут увеличивать проницаемость без ущерба для водно-солевой селективности за счет уменьшения толщины воздушного слоя.

Для проверки концепции команда изготовила воздухоулавливающие мембраны с использованием подложек из пористого анодного оксида алюминия (ААО), модифицированных контролируемым гидрофобным покрытием.

Поскольку разделение происходит за счет фазового перехода газ-жидкость, исследователи наблюдали почти полное удаление растворенных веществ, включая хлорид натрия, бор, мочевину и N-нитрозодиметиламин. Мембраны, изготовленные с воздушными слоями толщиной менее 200 нм, показали водопроницаемость, превосходящую проницаемость коммерческих мембран, без ущерба для отталкивания солей. Кроме того, они обнаружили, что воздухоулавливающие мембраны устойчивы к воздействию окислителей хлора и озона.

Мембранная технология команды может быть использована в современных системах очистки воды и других приложениях. «Их можно использовать для очень высокой очистки воды, когда речь идет о опреснении морской воды и повторном использовании сточных вод», — заявил доцент Энтони Штрауб в своем заявлении. «Мы также ведем постоянную работу с НАСА по использованию этих мембран для переработки воды во время космических исследований и исследовательских миссий».

Ссылка на журнал: