Rešitve za izzive vode ležijo na vmesniku

Cloud Computing - Computer Science for Business Leaders 2016 (Junij 2019).

Anonim

V odgovor na naraščajoče pomanjkanje vode vodilni raziskovalec Argonne National Laboratories Seth Darling opisuje najnaprednejše raziskovalne inovacije, ki bi lahko obravnavale globalno dostopnost čiste vode. Njegov celovit prispevek se osredotoča na razumevanje in nadzor vmesnikov med materiali in vodo.

Vmesniki določajo učinkovitost tehnologij, kot so senzorji za kakovost vode, filtracijske membrane in celo cevi. Darlingovi laboratoriji delajo na adsorbentih za napredovanje pri čiščenju vode. Svoje ugotovitve je predstavil ta teden v časopisu uporabne fizike.

Adsorbenti

Adsorpcija je eden najboljših mehanizmov za čiščenje vode. V tem postopku se onesnaževalci držijo površine poroznih materialov, da povečajo razmerje med površino in prostornino.

Zelo porozno aktivno oglje je najbolj razširjeno, saj je obilo in poceni. Zeoliti lahko ujamejo celotne molekule v svoje 3-D kristalne kletne strukture, kar jim omogoča, da se selektivno vežejo določene spojine iz vodnih raztopin. Sorbenti na osnovi polimerov imajo skoraj neomejeno fleksibilnost pri oblikovanju.

"Še naprej se bomo zanašali na te dokazane tehnologije, " je dejal Darling. "Vendar pa obstaja tudi nujna potreba po sorbentih, ki so bolj učinkoviti in energetsko učinkoviti."

Ponovna uporaba

Ponovna uporaba je kritična metrika za materiale sorbentov, kar lahko znatno zmanjša stroške in poveča trajnost procesa obdelave. Polimerne pene gobe so obetavni kandidati za ta pristop.

Draga se usmeri v skupino, ki je ustvarila Oleo Sponge, ki v celotnem vodnem stolpcu lahko ujamejo 90-kratno njeno težo. Za izdelavo Oleo Sponge so raziskovalci izvedli tehniko, imenovano sintezo zaporedne infiltracije (SIS). Z uporabo SIS-a so v penastih vlaknih zrasli kovinski oksid, ki je preoblikovala navadno poliuretansko peno v sedežnih blazinah v adsorbent olja.

Oksid služi kot "lepilo", na katerega pritrdijo oljne ljubezenske (oleofilne) molekule. Olje za večkratno uporabo se izloči iz gobice, zato ga lahko večkrat uporabite.

Usmerjanje posameznih onesnaževal

Raziskovalci tudi načrtujejo sorbente naslednje generacije, ki imajo večjo specifičnost, večjo moč za usmerjanje posameznih onesnaževal. V idealnem primeru bi raziskovalci lahko prilagodili medsebojne lastnosti, da bi adsorbirali specifične molekule, da bi zajeli izzivalne kontaminante vode, kot so hranila in težke kovine.

Raziskovalci zdaj preiskujejo, kako bi za ta namen uporabili kovinske organske okvire (MOF), material, ki se že uporablja v sorpciji plinov. V zvezi z zeoliti so MOF sestavljeni iz kovinskih ionov ali grozdov, ki jih vežejo organski ligandi. MOF imajo visoko površinsko strukturo, nadzorovane strukture in nastavljive pore.

"Imamo vodno krizo, ki temelji na naraščajočem številu prebivalcev, urbanizaciji in podnebnih motnjah. In tam je nevzdržna uporaba naše vode, " je dejal Darling. "Del tega je rešitev s političnimi rešitvami, vendar pa potrebujemo tudi nove, energetsko učinkovitejše in stroškovno učinkovite tehnologije."

menu
menu