عبور آب از یک غشای پر منفذ برای تصفیه توسط محققان هاروارد

به گزارش راه ساری، ایسنا نوشت: محققان دانشگاه هاروارد با الهام از طبیعت، موفق به ابداع یک مایع شده اند که به سادگی آب را تصفیه می نماید.

تصفیه آب فرآیند بسیار مهمی است، اما آنچنان که به نظر می رسد، ساده نیست. از آنجا که منافذ در یک غشا، ناگزیر با مواد مضر پر می گردد، برای تمیز کردن یا جایگزینی آنها احتیاج به زمان و انرژی است. در حال حاضر محققان یک غشای جدید الهام گرفته از طبیعت را آزمایش نموده اند که مایعات را با استفاده از مایعات دیگر تصفیه می نماید و یک غشای موثرتر و بادوام تر می سازد.

مفهوم پایه این فیلتر کاملا سرراست است. برای حذف ذرات از آب، به سادگی آن را از یک غشای پر منفذ عبور می دهند. این منافذ برای انتقال مولکول های آب به اندازه کافی بزرگ هستند، اما برای عبور ذرات دیگر بسیار کوچک است. مشکل این است که پس از مدتی، ذرات، در یک فرآیند به نام رسوب(fouling) منافذ را پر می نمایند و روی سطح غشا جمع می شوند. همانطور که این رسوب به وجود می آید، احتیاج است که آب با فشار بیشتری از غشا عبور داده گردد و انرژی بیشتری در فرآیند مصرف می گردد. تمیز کردن غشا مستلزم عبور بالعکس مواد شیمیایی تمیز نماینده از آن است، اما نه تنها این کار احتیاج به فرآیند فیلتر کردن را در حالت تعلیق می گذارد، بلکه نمی تواند ما را از شر تمام رسوبات خلاص کند. در نهایت، غشاها باید اغلب جایگزین شوند.

اینجا جایی است که فیلتر جدید ابداعی محققان موسسه فناوری ویس(wyss) زیر نظر دانشگاه هاروارد، وارد عمل می گردد. این فیلتر که به عنوان یک غشاء مایع موسوم به LGM شناخته می گردد، با مایعی پوشیده است که مانند یک دروازه برگشت پذیر عمل می نماید. این مایع، منافذ را پر می نماید و با اعمال فشار به غشا، به کنار می رود و اجازه می دهد آب عبور کند و تصفیه گردد. ذرات دیگر هنوز هم نمی توانند عبور نمایند، اما پوشش مایع مانع رسوب آنها در سطح یا مسدود شدن حفره ها می گردد.

سیستم های LGM را در طبیعت می توان در برگ ها دید که اساسا به گیاهان اجازه می دهد کربن دی اکسید تنفس نمایند. دانشمندان موسسه ویس، دانشگاه نورث ایسترن و دانشگاه واترلو برای آزمایش چگونگی کار LGMها همکاری کردند. آنها ابتدا LGMها را با پوشش غشای 25 میلی متری و یک روان نماینده مایع به نام پرفلوئوروپلی اتر(perfluoropolyether) ساختند. تیم متوجه شد که LGMها در مقایسه با فیلترهای رایج کنونی، دو برابر کارآمدی انرژی بیشتری دارند و احتیاج به 16 درصد فشار کمتر برای عبور جریان آب داشتند.

همچنین دوام LGMها در برابر آلودگی و احتیاج به تمیز کردن تقریبا سه برابر طولانی تر بود و نانوذرات را 60 درصد کمتر در منافذ خود انباشته کردند. جک آلوارنگا نویسنده اول این مطالعه می گوید: این اولین مطالعه برای نشان دادن این است که LGMها می توانند در تنظیمات شبیه به آنچه در صنایع سنگین یافت می گردد، فیلتراسیون پایدار را محقق نمایند و این نشان می دهد که چگونه LGMها در برابر انواع مختلف رسوب مقاومت می نمایند که می تواند منجر به استفاده از آنها در انواع سیستم های تصفیه آب گردد. این تیم اکنون قصد دارد مطالعات گسترده تری از جمله فیلتر کردن انواع مختلف مایعات و ذرات در مورد LGMها و نحوه تجاری سازی این فناوری انجام دهد.

این تحقیق در مجله APL Materials منتشر شده است.

5656