211service.com
Ontzilting eenvoudiger gemaakt
Toegang krijgen tot drinkwater is een dagelijkse uitdaging voor meer dan een miljard mensen in de wereld. Ontzilting kan dergelijke populaties met waterschaarste helpen verlichten door zout uit overvloedig zeewater te filteren, en er zijn wereldwijd meer dan 7.000 ontziltingsinstallaties, waarvan 250 alleen al in de Verenigde Staten. De membranen die deze planten gebruiken om zout uit te filteren, hebben echter de neiging om af te breken wanneer ze worden blootgesteld aan een essentieel ingrediënt in het proces: chloor.
Ontzilting stroomlijnen: Onderzoeker Ho Bum Park heeft twee monsters van het chloortolerante ontziltingsmembraan. De linker is een tiende micrometer dik en is gemaakt van een poreuze drager met een dunne laag membraan. Het blauwe membraan is ongeveer 50 micrometer dik.
Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin (UT Austin) en het Virginia Polytechnic Institute een chloortolerant membraan ontwikkeld dat zout net zo goed uitfiltert als veel commerciële membranen. De onderzoekers zeggen dat zo'n membraan dure stappen in het ontziltingsproces zou elimineren en uiteindelijk zou worden gebruikt om zout uit zeewater te filteren. De resultaten van hun onderzoek verschijnen in het meest recente nummer van het tijdschrift toegepaste chemie .
De meeste ontziltingsinstallaties gebruiken tegenwoordig polyamidemembranen om zout effectief van zeewater te scheiden. Aangezien zeewater een verscheidenheid aan organismen herbergt die een dikke film over membranen kunnen vormen en het filter kunnen verstoppen, gebruiken planten chloor om binnenkomend water te desinfecteren voordat het door membranen wordt gestuurd. Het probleem is dat deze membranen degraderen na continue blootstelling aan chloor. Dus de ontziltingsindustrie voegde nog een stap toe, het snel dechloreren van water nadat het is behandeld met chloor en voordat het door het membraan is gegaan. Nadat het water is ontzilt, wordt opnieuw chloor toegevoegd, voordat het water in de drinkwatervoorziening komt.
Benny Freeman , een professor in chemische technologie aan de UT Austin, zegt dat een chloortolerant membraan het ontziltingsproces aanzienlijk kan helpen stroomlijnen. Freeman en James McGrath , een professor in de chemie aan het Virginia Polytechnic Institute, ontwikkelde een waterfilterend membraan dat bestand is tegen herhaalde blootstelling aan chloor.
Het nieuwe membraan is gemaakt van polysulfon, een zwavelhoudende thermoplast die zeer goed bestand is tegen chloor. Eerdere onderzoekers hebben geprobeerd chloortolerante membranen te ontwerpen met behulp van polysulfon, maar werden gehinderd omdat het materiaal extreem hydrofoob is en niet gemakkelijk water doorlaat. Wetenschappers hebben geprobeerd de samenstelling van het polymeer chemisch te veranderen door hydrofiele of wateraantrekkende verbindingen toe te voegen. Timing is echter alles, en Freeman zegt dat wanneer onderzoekers dergelijke verbindingen toevoegen nadat ze het polymeer hebben gesynthetiseerd, je uiteindelijk de ruggengraat van de polymeerketen breekt … tot het punt waarop het niet meer bruikbaar is.
In plaats daarvan voegden Freeman en McGrath twee hydrofiele, geladen sulfonzuurgroepen toe tijdens het polymerisatieproces en ontdekten dat ze in staat waren een duurzaam en reproduceerbaar polymeer te synthetiseren. Vervolgens voerden ze verschillende experimenten uit om het vermogen van het materiaal om chloor te verdragen en zout uit te filteren te meten, vergeleken met commerciële membranen.
Eerst voerde het team zoutpermeabiliteitstests uit, waarbij de hoeveelheid zout werd gemeten die in een bepaalde tijd door een membraan ging. Hoe minder zout er in het gefilterde water zit, hoe beter. Freeman en McGrath ontdekten dat het nieuwe membraan net zo goed presteerde als veel commerciële membranen bij het uitfilteren van water met een laag tot gemiddeld zoutgehalte. Voor zoutere monsters vergelijkbaar met zeewater was het membraan van het team iets minder doorlaatbaar.
We hebben materialen die tegenwoordig concurreren met bestaande nanofiltratie en sommige van de brakwatermembranen, zegt Freeman. We pushen nu de chemie om verder in het zeewatergebied te komen, een belangrijke markt die we graag willen bereiken.
De onderzoekers testten ook de chloorgevoeligheid van het polymeer. Ze ontdekten dat, na blootstelling aan geconcentreerde oplossingen van chloor gedurende meer dan 35 uur, het nieuwe membraan weinig veranderde in samenstelling, vergeleken met commerciële polyamidemembranen, die werden weggevreten door het chloor.
Momenteel manipuleren Freeman en zijn collega's de polymeersamenstelling verder om te proberen verschillende eigenschappen af te stemmen, in de hoop een selectiever en chloorbestendig membraan te ontwerpen. Ze zijn ook in gesprek met een toonaangevende fabrikant van ontziltingsmembranen, met als doel het nieuwe membraan op de markt te brengen.
Deze membranen kunnen een redelijke weg naar commercialisering zijn, zegt Freeman. Als we succesvol zijn, hebben we de mogelijkheid om deze membranen in principe te maken op dezelfde apparatuur die mensen tegenwoordig gebruiken.
Eric Hoek , een assistent-professor civiele en milieutechniek aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, werkt aan de ontwikkeling van nieuwe ontziltingsmembranen aan het California Nanosystems Institute. Hij zegt dat het door het team van Freeman ontwikkelde chloortolerante membraan een veelbelovend alternatief kan zijn voor de industriële tegenhangers van vandaag.
Dit werk behoort tot de meest innovatieve en interessante onderzoeken naar membraanmaterialen van de afgelopen tien jaar, zegt Hoek. Hoewel de chloortolerantie die deze membranen vertonen indrukwekkend is, zijn de basisscheidingsprestaties nog niet waar ze moeten zijn om deze materialen te laten aanprijzen als onmiddellijke vervangingen van commerciële zeewatermembraantechnologie.