Предложенный новый метод исключает необходимость химической предварительной обработки и полностью предотвращает образование токсичного жидкого рассола.
Исследователи из Рочестерского университета разработали новый солнечно-термический процесс опреснения, который преобразует океанскую воду в пресную, используя только солнечный свет. Более того, он решает экологическую проблему, от которой страдают существующие водоочистные сооружения: токсичные отходы.
Этот новаторский метод исключает необходимость химической предварительной обработки и полностью предотвращает образование токсичного жидкого рассола. Система была протестирована на реальных образцах воды из Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Она успешно извлекала пресную воду, непрерывно перемещая оставшиеся соли в пассивную зону для последующего сбора, поддерживая максимальную эффективность панели на протяжении всего процесса.
Лазерное лечение
В настоящее время 2,2 миллиарда человек во всем мире не имеют доступа к безопасной питьевой воде. Чтобы утолить эту жажду, прибрежные города от Калифорнии до Ближнего Востока зависят от промышленных опреснительных установок.
Но эти огромные установки, использующие стандартные методы, такие как обратный осмос и термическая дистилляция, загрязняют окружающую среду. Они потребляют огромное количество электроэнергии, требуют интенсивной химической предварительной обработки и сбрасывают миллионы галлонов «рассола» обратно в наши океаны. Рассол — это сверхконцентрированный, удушающий соленый осадок, убивающий морских обитателей.
Для преодоления этих недостатков исследователи разработали новый подход, использующий солнечные панели из черного металла, обработанного сверхбыстрыми фемтосекундными лазерами.
Эта лазерная обработка делает поверхность сверхсветопоглощающей и «сверхвпитывающей» (обладающей высокой влагопритягивающей способностью). Когда солнечный свет попадает на эту черную панель, она поглощает почти все солнечное излучение. Вода быстро испаряется, оставляя чистую дистиллированную воду, которую затем можно собрать.
Но настоящая океанская вода — это грязная штука. Она содержит смесь кальция и магния, которая обычно образует твердый, коркообразный налет. Этот налет быстро забивает обычные солнечные дистилляторы, подобно тому как отложения кальция портят душевую лейку в ванной. Вот тут-то и появляется пролитый кофе.
Когда капля жидкости испаряется, жидкость растекается к её краям, осаждая взвешенные частицы кольцом. Команда из Рочестера точно настроила микроканавки своего металла, чтобы направлять эту естественную силу наружу. По мере испарения морской воды расширяющаяся жидкость естественным образом выталкивает кристаллизующиеся соли и минералы наружу, в необработанную «пассивную» зону по краям панели.
Устройство буквально самоочищается. Оно может работать непрерывно, не засоряя механизм.
Изоляция лития
Последствия такого подхода к утилизации твердых отходов выходят далеко за рамки поваренной соли. Ученые могут целенаправленно извлекать определенные минералы, остающиеся в отходах в твердом состоянии.
В аналогичном исследовании, опубликованном в журнале Journal of Materials Chemistry A, команда Го пошла еще дальше. Они внедрили наночастицы титаната водорода непосредственно в лазерные канавки металла. Эти наночастицы действуют как крошечные химические магниты, целенаправленно изолируя литий от остальных минералов океана.
Используя образцы воды из Большого Соленого озера, команда успешно извлекла около 50% доступного лития из отходов после опреснения.
«Добыча лития из недр земли оказалась очень затратной с точки зрения энергетики и охраны окружающей среды, поэтому извлечение лития непосредственно из соленой воды может стать очень важным направлением в будущем», — сказал Го.
Поскольку технология уже доказала свою эффективность в малогабаритных устройствах, профессор Го считает, что система сверхсильного капиллярного отвода воды по своей природе масштабируема, предлагая двойное решение: улучшение глобального доступа к питьевой воде и создание устойчивых цепочек поставок важнейших минералов.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Light: Science & Applications 27 мая.
Sourse: interestingengineering.com
