Схема коаксіального електроспильного пристрою. Авторство: Elsevier
Нова альтернативна мембрана для опріснення морської води для виробництва питної води.
За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, близько 785 мільйонів людей у всьому світі не мають чистого джерела питної води. Незважаючи на величезну кількість води на Землі, більшу її частину становить морська вода, а прісна вода становить лише близько 2.5% від загальної кількості. Одним із способів забезпечення чистою питною водою є опріснення морської води. Корейський інститут будівництва та будівельних технологій (KICT) оголосив про розробку мембрани з електропрядіння з нановолокна зі стабільною продуктивністю для перетворення морської води в питну за допомогою процесу мембранної дистиляції.
Зволоження мембрани є найскладнішим питанням мембранної дистиляції. Якщо мембрана змочується під час операції перегонки мембрани, її необхідно замінити. Прогресивне зволоження мембрани особливо спостерігається при тривалих операціях. Якщо мембрана повністю змочується, мембрана призводить до неефективної дистиляції мембрани, оскільки потік живлення через мембрану призводить до низькоякісного пермеату.
Дослідницька група в KICT, очолювана доктором Юнчулом Ву, розробила коаксіальні мембрани з електропрядіння з нановолокна, виготовлені за допомогою альтернативної нанотехнології, яка є електропрядінням. Ця нова технологія опріснення показує, що вона може допомогти вирішити дефіцит прісної води у світі. Розроблена технологія може запобігти проблемам змочування, а також покращити довгострокову стабільність у процесі мембранної дистиляції. Тривимірна ієрархічна структура повинна бути сформована нановолокнами в мембранах для більшої шорсткості поверхні і, отже, кращої гідрофобності.
Переваги коаксіальної електропрядної нановолоконної мембрани. Авторство: Elsevier
Техніка коаксіального електропрядіння є одним з найбільш вигідних і простих варіантів виготовлення мембран з тривимірною ієрархічною структурою. Дослідницька група доктора Ву використовувала полі(вініліденфторид-ко-гексафторпропілен) як серцевину та аерогель кремнезему, змішаний з низькою концентрацією полімеру як оболонку, щоб створити коаксіальну композитну мембрану та отримати супергідрофобну поверхню мембрани. Насправді кремнеземний аерогель демонстрував набагато нижчу теплопровідність порівняно з звичайними полімерами, що призвело до збільшення потоку водяної пари під час процесу мембранної дистиляції за рахунок зменшення провідних тепловтрат.
Більшість досліджень з використанням мембран з електропрядіння з нановолокна для мембранної дистиляції тривали менше 50 годин, хоча вони продемонстрували високу продуктивність потоку водяної пари. Навпаки, дослідницька група доктора Ву застосувала процес мембранної дистиляції з використанням виготовленої коаксіальної електропрядної мембрани з нановолокна протягом 30 днів, тобто 1 місяць.
Коаксіальна електропрядена мембрана з нановолокна забезпечила відторгнення солі на 99.99% протягом 1 місяця. Виходячи з результатів, мембрана працювала добре, без зволоження та забруднення, завдяки своєму низькому куту ковзання та властивостям теплопровідності. Температурна поляризація є одним із істотних недоліків мембранної дистиляції. Це може знизити продуктивність потоку водяної пари під час операції мембранної дистиляції через провідні втрати тепла. Мембрана підходить для довгострокової мембранної дистиляції, оскільки вона володіє кількома важливими характеристиками, такими як низький кут ковзання, низька теплопровідність, уникнення температурної поляризації та зменшення проблем змочування та забруднення при підтримці наднасиченого високого потоку водяної пари.
Дослідницька група доктора Ву зазначила, що в комерційно доступному процесі мембранної дистиляції важливіше мати стабільний процес, ніж високі показники потоку водяної пари. Доктор Ву сказав, що «коаксіальна електропрядена мембрана з нановолокна має великий потенціал для очищення розчинів морської води без проблем змочування і може бути відповідною мембраною для пілотного та реального застосування мембранної дистиляції».
Посилання: «Супергідрофобні нановолокнисті мембрани з коаксіальним електропрядінням з 3D-ієрархічно структурованою поверхнею для опріснення шляхом тривалої мембранної дистиляції» Юн Чул Ву, Мінвей Яо, Ван-Геун Шім, Янгджін Кім, Леонард Д. Тіджінг, Сеунг Джун - Хьон Кім і Хо Кьонг Шон, 4 січня 2021 р., Журнал науки про мембрани.
DOI: 10.1016/j.memsci.2020.119028
Корейський інститут будівництва та будівельних технологій (KICT) є фінансованим урядом науково-дослідним інститутом, створеним для сприяння розвитку будівельної індустрії Кореї та національного економічного зростання шляхом розробки вихідних і практичних технологій у сфері будівництва та національного землеустрою.
Це дослідження було підтримано внутрішнім грантом (20200543-001) від KICT, Республіка Корея. Результати цього проекту були опубліковані в міжнародному журналі, Журнал науки про мембрани, відомий міжнародний журнал у галузі науки про полімери (IF: 7.183 і ранг №3 у категорії JCR) у квітні 2021 року.
