ساخت وسیله‌ای برای شیرین‌سازی آب با سرعتی بیش از تجهیزات صنعتی موجود

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از پایگاه خبری «سای‌تِک‌دیلی»، کمبود آب یکی از مشکلات فزاینده در سراسر جهان است. تنها در قاره آفریقا، برآورد شده است که حدود ۲۳۰ میلیون نفر تا سال ۲۰۲۵ با کمبود آب روبه‌رو خواهند بود و حدود ۴۶۰ میلیون نفر نیز در مناطق دچار تنش آبی زندگی خواهند کرد.

آب ۷۰ درصد سطح زمین را پوشانده است اما آب شیرین بسیار کمیاب است. کارخانه‌های شیرین‌سازی آب (با نمک‌زدایی از آب) یکی از فناوری‌های طراحی شده برای کمک به تولید آب شیرین است. کارخانه شیرین‌سازی آب در حدود نیمی از آب دریافتی را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کند.

هر چند شیرین‌سازی آب دریا یکی از راه‌های متداول برای تولید آب شیرین است اما مصرف انرژی بالایی دارد.

محققان برای اولین بار اقدام به فیلتر کردن (جداسازی) نمک از آب با استفاده از ساختارهای نانوی بر مبنای فلورین کرده‌اند. این نانو کانال‌های فلوردار (fluorous nanochannels) نسبت به فناوری‌های متعارف کارایی بالاتری دارند زیرا سریع‌تر کار کرده، از فشار کمتری استفاده می‌کنند و فیلتر موثرتری هستند و در عین حال انرژی کمتری مصرف می‌کنند.

احتمالا مشاهده کرده‌اید که چگونه قطعات خیس از روی یک ماهیتابه با روکش تفلون بدون زحمت سُر می‌خورند. فلورین که یک ماده سبک و دافع ‌آب یا «هیدروفوبیک» است یکی از اجزای اصلی تفلون است. تفلون می‌تواند همچنین موجب ارتقای جریان آب از طریق پوشاندن لوله‌ها باشد.

«یوشیمیتسو ایتو» استادیار بخش شیمی و بیوتکنولوژی دانشگاه توکیو به همراه همکارانش درباره این رفتار کنجکاو شدند و در این خصوص تحقیق کردند که لوله‌ها یا کانال‌های فلورین ممکن است در مقیاس‌های مختلف از جمله در مقیاس نانو کار کنند.

ایتو گفت: ما پس از چند مورد شبیه‌سازی رایانه‌ای به این نتیجه رسیدیم که یک نمونه کاری واقعی ایجاد کنیم.

وی افزود: در حال حاضر دو روش برای نمک‌زدایی از آب وجود دارد. یک روش استفاده از گرما برای تبخیر آب و تقطیر بخار و روش دیگر «اُسمُز معکوس» که طی آن آب از درون یک پوسته رد شده و مانع از عبور نمک می‌شود.

این محققان پوسته‌های فیلتراسیون آزمایشی با حلقه‌های فلورین در مقیاس نانو ساختند. این حلقه‌های نانو حدود یک تا ۲ نانومتر قطر دارند. برای مقایسه باید توجه کنیم که موی انسان حدود ۱۰۰ هزار نانو متر طول دارد. محققان سپس حضور یون‌های کلرین را که یکی از اجزای اصلی نمک است، در این پوسته‌ها بررسی کردند.

ایتو گفت: دیدن نتایج این آزمایش بسیار مهیج بود. کانال‌های آزمایشی کوچک ما به خوبی جلوی مولکول های ورودی نمک را گرفتند. حتی کانال‌های بزرگ‌تر نیز نسبت به سایر شیوه‌های نمک‌زدایی و حتی فیلترهای پیشرفته نانوتیوب‌های کربنی یک پیشرفت محسوب می‌شوند. این فرایند همچنین چند هزار بار سریع‌تر از وسایل صنعتی معمولی انجام شد.

از آنجا که فلورین از لحاظ بار الکتریکی منفی است، یون‌های منفی مانند کلرین موجود در نمک را دفع می‌کند.

این محققان اکنون امیدوارند که با همکاری دیگران بتوانند در چند سال آینده پوسته‌هایی با قطر حدود یک متر بسازند. آنها همچنین در حال بررسی امکان کاهش دی‌اکسید کربن یا سایر تولیدات نامطلوب آزاد شده توسط فعالیت‌های صنعتی با استفاده از پوسته‌های مشابه هستند.