Ny afsaltningsteknik renser og desinficerer også vand

Et af verdens mest presserende behov er at levere rent drikkevand til befolkningen. I landdistrikterne har næsten halvdelen af ​​befolkningen ikke adgang til rent vand, så udfordringen er klar og nærværende.

Problemet er selvfølgelig, at det meste af planetens vand er saltholdigt. Så at finde måder at afsalte havvand på er et nøglemål.

Martin Bazant, postdoc Daosheng Deng, og kolleger ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, siger, at de har udviklet en ny måde at afsalte vand på, kendt som chokelektrodialyse, der ikke kun fjerner salt, men også partikler og bakterier. Chokelektrodialyse har potentialet til at muliggøre mere kompakte og effektive vandrensningssystemer, siger de.

Et af de store problemer med afsaltning er omkostningerne. Den mest almindelige metode er at destillere havvand i vakuum, så dets kogepunkt er lavere end normalt. Dette er dog en energikrævende proces, der er dyr. Så ingeniører er konstant på udkig efter billigere metoder.

Den mest almindelige af disse er omvendt osmose. Dette virker ved at pumpe vand gennem en membran, der ikke tillader natrium- eller klorioner at passere. Det er væsentligt mindre energikrævende end traditionelle afsaltningsmetoder, men er begrænset af den hastighed, hvormed vand kan passere gennem membranen.

Så i de senere år er ingeniører begyndt at studere en proces kaldet elektrodialyse. Dette virker på den modsatte måde ved at lade natrium- og klorioner passere gennem en membran i nærvær af et elektrisk felt, hvilket efterlader renset vand på den anden side.

Fordi kun ionerne, i stedet for vandmolekylerne, passerer gennem membranen, er hastigheden, hvormed denne kan afsalte, meget højere end omvendt osmose.

Men der er et problem med elektrodialyse. Selvom det fjerner saltet fra vandet, fjerner det ikke andre forurenende stoffer såsom snavs og bakterier. Så det kræver yderligere trin med filtrering og desinfektion for at gøre vandet drikkeligt.

Nu siger Bazant, Deng og co, at de har fundet en måde at producere rent drikkevand i et enkelt trin ved hjælp af elektrodialyse. Nøglen er at placere et lag af porøst materiale tæt på katoden, som så fungerer som et filter og fjerner alt, der ikke kan passere gennem mikroporerne.

Det pågældende porøse materiale er monteret glas, som fremstilles ved at sintre glaspartikler sammen til et porøst fast stof. Porestørrelsen er omkring 0,5 mikrometer, så noget større end det, såsom snavspartikler, kan ikke passere.

Bakterier har dog en tendens til at være mindre. Men Bazant og co viser, at disse heller ikke passerer gennem materialet, sandsynligvis fordi de bliver fanget eller fordi de ødelægges af de kraftige elektriske felter tæt på katoden. Vi var i stand til at dræbe eller fjerne cirka 99 % af de levedygtige Og Coli bakterier, der er til stede i fødevandet, når de strømmer gennem stødelektrodialyseapparatet med påført spænding, siger de.

Uanset hvad er outputtet fra den nye enhed renset vand med lidt om nogen af ​​de originale forurenende stoffer.

Det er en nyttig maskine. Alt, der kan afsalte vand, samtidig med at det filtrerer og desinficerer det, er værd at undersøge nærmere. Bazant og co foreslår, at det kunne være nyttigt til kemiteknik.

Det større spørgsmål er selvfølgelig, om en sådan enhed rentabelt kan rense vand i større skala for dem, der har mest brug for det. Det ville for eksempel betyde at bruge solcellestrøm og producere pålidelige strømningshastigheder over en længere periode.

Det er en helt anden udfordring. At omdanne en laboratoriebaseret prototype til en praktisk, pålidelig maskine er lige så svært igen. Men i betragtning af indsatsen, millioner af menneskers liv, er det bestemt værd at sigte efter.

Ref: arxiv.org/abs/1402.0058 : Vandrensning ved stødelektrodialyse: Deionisering, filtrering, separation og desinfektion

skjule