Графеновая мембрана решит проблему с опреснением воды

Менее 1% воды на планете можно по праву назвать питьевой. Если удалить соль и другие минералы из морской воды, это позволит удовлетворить потребности прибывающего населения Земли в питьевой воде, в воде для сельского хозяйства, транспорта, нагрева, охлаждения и промышленности.

Однако опреснение воды — процесс энергоемкий, что мешает расширению его применения.

И вот теперь группа ученых во главе с сотрудниками Окриджской Национальной лаборатории при Министерстве энергетики США продемонстрировала технологию опреснения воды с низким энергопотреблением, в которой используется пористая мембрана, сделанная из тонкого, но очень прочного графена — углеродного слоя толщиной в атом.

Результаты опубликованы в издании Nature Nanotechnology.

«Наша работа показала, как можно опреснять соленую воду с помощью автономного пористого графена», сообщила Шеннон Марк Морин.

«Это огромный прорыв», заметил соисследователь Иван Власюк. „Поток через графеновую мембрану на порядок выше, чем через современные полимерные мембраны обратного осмоса“.

Текущие методы очистки воды включают дистилляцию и обратный осмос. Дистилляция или нагревание смеси до извлечения конденсата требует значительного объема энергии. Обратный осмос, более энергоэффективный процесс, который, тем не менее, тоже требует изрядного объема энергии, является базовым для новой технологии.

Ключевой особенностью является формирование в графене пор. Без отверстия вода не сможет попасть с одной стороны мембраны на другую. Молекулы воды слишком велики, чтобы проникать через сеть графена. Но стоит проделать отверстия, подходящий по размеру молекулам воды, и процесс пойдет. Ионы соли больше молекул воды, а потому они не смогут преодолеть мембрану.

«Если с одной стороны мембраны соленая вода, а с другой стороны – пресная, осмотическое давление приведет к тому, что пресная вода вольется в соленую. Обратный осмос позволяет преодолеть это воздействие, и соленая вода, проходя через мембрану, становится пресной», пояснила Морин.

Современные фильтры обратного осмоса обычно сделаны из полимеров. Фильтр тонок и устанавливается на подложку. Чтобы соленая вода прошла через него и стала пресной, требуется приложить значительное давление

«Если мембрану сделать более пористой и тонкой, поток через нее увеличится, и давление потребуется меньшее», сказала Морин. „Все это приведет к сокращению объема затрачиваемой энергии, требуемой для осуществления процесса“.

Графеновая мембрана значительно прочней полимерной, и потому обратный осмос с ее использованием окажется более эффективным при меньшем давлении.