غزل زیاری: محققان آمریکایی موفق به ایجاد الکترودهای پارچه کربنی شده اند که می تواند به طور موثر بور را از آب دریا حذف کند. بنابراین این روش می تواند جایگزین استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت در نمک زدایی شود.
نحوه کار این است که الکترودها با تبدیل مولکول ها به یون، بور را از آب شیرین شده حذف می کنند. یون های هیدروکسید به بور متصل می شوند و به الکترودهای مثبت می چسبند. به این ترتیب آب آشامیدنی سالم تری از آب نمک دریا به دست می آید.
این پیشرفت که نتیجه تلاش گروهی مهندسان دانشگاه میشیگان (UM) و دانشگاه رایس است، یک گام مهم رو به جلو در جهت قابل شرب کردن آب دریا است.
وی پان، محقق فوق دکتری در دانشگاه رایس و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «دستگاه ما انرژی و نیازهای شیمیایی نمک‌زدایی آب دریا را کاهش می‌دهد در حالی که بسیار سازگار با محیط زیست و مقرون به صرفه است تا 15 درصد در هر متر مکعب آب تصفیه‌شده. (حدود 20 سنت).
حذف موثر بور از آب دریا
بور، یکی یکی از اجزای طبیعی آب دریا است که پس از عبور از فیلترهای معمولی نمک زدایی به یک آلاینده سمی در آب آشامیدنی تبدیل می شود. سطح بور در آب دریا اغلب از حد تعیین شده توسط سازمان بهداشت جهانی برای آب آشامیدنی سالم و حتی از حد تحمل بسیاری از گیاهان کشاورزی فراتر می رود.
بور در آب دریا به شکل اسید بوریک خنثی وجود دارد که برای حذف ذرات باردار از فیلترها عبور می کند. بنابراین، محققان از غشاهای اسمز معکوس معمولی برای حذف بور استفاده کرده اند.
جیووان کامسو، استادیار مهندسی شیمی و علوم و مهندسی ماکرومولکولی در دانشگاه میشیگان و یکی یکی از نویسندگان مقاله گفت: «ما فناوری جدیدی را توسعه داده‌ایم که نسبتاً مقیاس‌پذیر است و می‌تواند بور را با مصرف انرژی کمتر در مقایسه با برخی فناوری‌های سنتی حذف کند.
برای حل این مشکل، کارخانه‌های نمک‌زدایی فعلی معمولاً از یک پایه برای تبدیل اسید بوریک به شکلی با بار منفی استفاده می‌کنند. پس از حذف این بور باردار در مرحله دوم اسمز معکوس، باز با اسید خنثی می شود که بسیار گران است.
اما دستگاه جدید فرآیند را ساده می کند و نیاز به مواد شیمیایی و انرژی اضافی را کاهش می دهد. این نوآوری اثرات زیست محیطی را افزایش می دهد و هزینه ها را تا 15% کاهش می دهد (تقریباً 20 سنت در هر متر مکعب آب تصفیه شده).
راهکارهایی برای تامین آب پایدار
ظرفیت آب شیرین کن جهانی در سال 2019 به حدود 95 میلیون متر مکعب در روز رسید و استفاده از غشاهای جدید برای حذف بور می تواند حدود 6.9 میلیارد دلار در سال صرفه جویی کند. اعضای تیم اشاره کرده اند که استفاده از این امکانات در مقیاس بزرگ، مانند کارخانه های آب شیرین کن، میلیون ها دلار در سال صرفه جویی می کند.
این امر علاوه بر کاهش هزینه ها، آب دریا را به منبع پایدار آب آشامیدنی تبدیل می کند و کمک مهمی به مقابله با بحران جهانی آب می کند. طبق پیش بینی کمیسیون جهانی منابع آب، منابع آب شیرین تا سال 2030 تنها 40 درصد تقاضا را پوشش خواهند داد.
در این روش ابتکاری، الکترودهای پیشرفته بور را در منافذ پوشیده شده با ساختارهای حاوی اکسیژن جذب می کنند. اکسیژن به روش خاصی به بور متصل می شود و به یون های دیگر اجازه عبور می دهد و به طور موثر بور را حذف می کند. با این حال، بور باید دارای بار منفی باشد تا به مکان های جذب متصل شود.
الکترودها به جای معرفی یک پایه شیمیایی برای القای بار، یون های هیدروژن مثبت و هیدروکسید منفی را با تقسیم آب بین لایه ها ایجاد می کنند. هیدروکسید با اتصال به بور، بار مورد نیاز برای چسبیدن به الکترود مثبت را فراهم می کند. این روش هزینه ها و مصرف انرژی را کاهش می دهد زیرا مرحله دوم اسمز معکوس حذف می شود.
پس از حذف بور، یون های هیدروژن و هیدروکسید دوباره با هم ترکیب می شوند و آب خنثی و بدون بور را تشکیل می دهند و نمک زدایی آب نمک به شیوه ای پایدار و موثر انجام می شود.
Menachem Elimelek، استاد مهندسی عمران و محیط زیست و مهندسی شیمی و زیست مولکولی در دانشگاه رایس و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: “مطالعه ما یک پلت فرم همه کاره را ارائه می دهد که می تواند از تغییرات pH برای تبدیل سایر آلاینده ها مانند آرسنیک به اشکال قابل جابجایی استفاده کند.”
علاوه بر این، گروه‌های عملکردی روی الکترود را می‌توان به گونه‌ای اصلاح کرد که به طور خاص به آلاینده‌های مختلف متصل شوند، بنابراین تصفیه آب با صرفه‌جویی انرژی بیشتر را ممکن می‌سازد.
منبع: تکنولوژی جالب
۵۸۳۲۱