Nieuwe ontziltingstechniek reinigt en desinfecteert ook water

Een van 's werelds meest dringende behoeften is om de bevolking van schoon drinkwater te voorzien. Op het platteland heeft bijna de helft van de bevolking geen toegang tot schoon water, dus de uitdaging is duidelijk en aanwezig.

Het probleem is natuurlijk dat het grootste deel van het water op aarde zout is. Dus manieren vinden om zeewater te ontzilten is een belangrijk doel.

Martin Bazant, postdoc Daosheng Deng en collega's van het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, zeggen dat ze een nieuwe manier hebben ontwikkeld om water te ontzilten, bekend als shockelektrodialyse, die niet alleen zout verwijdert, maar ook fijnstof en bacteriën. Schokelektrodialyse heeft het potentieel om compactere en efficiëntere waterzuiveringssystemen mogelijk te maken, zeggen ze.

Een van de grote problemen met ontzilting zijn de kosten. De meest gebruikelijke methode is om zeewater in vacuüm te destilleren, zodat het kookpunt lager is dan normaal. Dit is echter een energie-intensief proces dat duur is. Daarom zijn ingenieurs voortdurend op zoek naar goedkopere methoden.

De meest voorkomende hiervan is omgekeerde osmose. Dit werkt door water door een membraan te pompen dat geen natrium- of chloorionen doorlaat. Dat is aanzienlijk minder energie-intensief dan traditionele ontziltingsmethoden, maar wordt beperkt door de snelheid waarmee water door het membraan kan gaan.

Daarom zijn ingenieurs de afgelopen jaren begonnen met het bestuderen van een proces dat elektrodialyse wordt genoemd. Dit werkt averechts door natrium- en chloorionen door een membraan te laten gaan in de aanwezigheid van een elektrisch veld en gezuiverd water aan de andere kant achter te laten.

Omdat alleen de ionen, en niet de watermoleculen, door het membraan gaan, is de snelheid waarmee dit kan ontzilten veel hoger dan bij omgekeerde osmose.

Maar er is een probleem met elektrodialyse. Hoewel het het zout uit het water verwijdert, verwijdert het geen andere verontreinigingen zoals vuil en bacteriën. Er zijn dus extra fasen van filtratie en desinfectie nodig om het water drinkbaar te maken.

Nu zeggen Bazant, Deng en co dat ze een manier hebben gevonden om met elektrodialyse in één stap schoon drinkwater te produceren. De sleutel is om een ​​laag poreus materiaal dicht bij de kathode te plaatsen, die dan als een filter fungeert en alles verwijdert dat niet door de microporiën kan.

Het poreuze materiaal in kwestie is passend glas, dat wordt gemaakt door glasdeeltjes aan elkaar te sinteren om een ​​poreuze vaste stof te vormen. De poriegrootte is ongeveer 0,5 micrometer, dus alles wat groter is, zoals vuildeeltjes, kan er niet door.

Bacteriën zijn echter meestal kleiner. Maar Bazant en co laten zien dat deze ook niet door het materiaal gaan, waarschijnlijk omdat ze vast komen te zitten of omdat ze worden vernietigd door de krachtige elektrische velden nabij de kathode. We waren in staat om ongeveer 99% van de levensvatbare te doden of te verwijderen en coli bacteriën die aanwezig zijn in het voedingswater wanneer ze door het schokelektrodialyse-apparaat stromen met aangelegde spanning, zeggen ze.

Hoe dan ook, de output van het nieuwe apparaat is gezuiverd water met weinig of geen van de oorspronkelijke verontreinigingen.

Dat is een handige machine. Alles wat water kan ontzilten en tegelijkertijd kan filteren en desinfecteren, verdient nader onderzoek. Bazant en co suggereren dat het nuttig zou kunnen zijn voor chemische technologie.

De grotere vraag is natuurlijk of een dergelijk apparaat op grotere schaal kosteneffectief water kan zuiveren voor degenen die het het meest nodig hebben. Dat betekent bijvoorbeeld het gebruik van fotovoltaïsche energie en het produceren van betrouwbare stroomsnelheden over een langere periode.

Dat is weer een hele uitdaging. Een laboratoriumgebaseerd prototype omzetten in een praktische, betrouwbare machine is weer net zo moeilijk. Maar gezien de inzet, de levens van miljoenen mensen, is het zeker de moeite waard om ernaar te streven.

Referentie: arxiv.org/abs/1402.0058 : Waterzuivering door schok Elektrodialyse: deïonisatie, filtratie, scheiding en desinfectie

zich verstoppen