薄膜对古代航海者

薄膜工程师正在开发各种方法从受污染、咸度和受污染的用品中过滤可饮水Jon Evans报告

南欧大湖因旱难吞噬, 2007年夏天英国发生60年来最严重的洪涝北爱尔兰、约克郡和米德兰市的住宅和企业在水下消失Glocestershire水处理厂遇难时,35万人无法获得净水头条引用Coleridge远洋航海者-水、水无处不在或滴水

水公司被迫分配和配给瓶装水时,人们从他们的屋子和办公室抽出脏水使用小型水处理设备 脏水本可化为净饮用水海水滤入自饮供应的能力 是Coleridge古代水手肯定会感激之事

如此整洁紧凑净水设备尚不存在-处理脏水目前涉及一系列过程,包括过滤、活性污泥和流水,这些只能在大型水处理厂中发生。但这些装置并没那么牵强

一家美国公司已经在营销小塑料袋,这些小塑料袋可以把脏水化甘饮,2005年卡特里娜飓风在美国引发洪水期间分发。中间组件半渗透膜允许水分子传递,但阻塞所有意外粒子和离子

类似薄膜在一些大规模水处理厂使用,但下一代薄膜保证效率高得多。高级薄膜最终可开发小型水处理设备,甚至帮助避免即将到来的缺水危机

世界口渴

水消耗量目前大约每20年翻一番,原因是人口增长和产业扩展人口行动国际是一个美国宣传集团,它可能导致生活在缺水或缺水条件中的人数从2005年的7.45亿增加至2025年的30亿以上。

目前,缺水者往往生活在历史上缺水的地区,如中东和北非。处理这种缺水问题,许多中东国家转而淡化海水,从海水中提取可饮水(又称可饮水)。举例说,科威特现在从海中获取几乎所有淡水

越来越多的国家(其中许多目前不缺水)开始建淡化厂,以此解决日益增长的需求问题。英国水公司Thatemes水公司于2007年7月接通UK东伦敦首座海水淡化厂

海水淡化厂有两大类优先使用蒸馏过程,海水加热以蒸发净水,然后凝固并收集第二种使用逆向渗透法,即通过半渗透膜传递海水,允许水分子流出,但块状盐分子流出水自然趋向从低盐溶解高盐溶解法(通过被称为渗透机制),水被迫高压透膜(55-80条)。

蒸馏基淡化厂曾占主导地位,1970年代占海水淡化容量的90%,但在1980年代和1990年代开发出效率更高的薄膜后,RO工厂自那以来失去了市场份额多数现代RO工厂使用薄膜复合膜薄膜,薄膜薄膜薄层聚氨化物(只有约1米厚)涂上微聚聚物,通常是聚氨酯(并用厚支持聚酯层支持)。

这两种淡化厂需要大量能量(产生蒸馏热和RO压)。其结果是,建造和运营淡化厂仍是一项代价高昂的业务,反渗透淡化目前比标准水处理贵二到三倍

表示海水淡化厂目前只供富裕国家使用,这解释了为什么它们大多被富油缺水海湾国家使用。也帮助解释RO为何主要用于海水淡化而非正常水处理但如果能提供更高效膜 这一切都会改变

滤波分子

Thomas Mayer和他在美国阿尔布开克Sandia国家实验室的同事正在开发这种膜Mayer表示:「我们想减少净水所需能量量,以薄膜技术为例,这意味着减少运水和反渗透过程拒绝盐所需的压力

Mayer和他的团队研究水离子运跨细胞膜自然方式,往往通过膜覆盖蛋白结构实现结构基本上是小孔 工作非常有选择和有效原因似乎有二:小孔小直径只有1-2nm和自然静电充电小尺寸表示水分子排成一行通过,提供有序高效运输机制,静电充电主动反射专用离子Mayer表示:「我们现在正努力理解如何构建功能相同的合成版

并引导Mayer及其团队调查自组二氧化物材料,内含几纳米直径并增加功能类,如充电分子加到孔墙上, 以便更近地模仿自然孔

这项工作尚处于初级阶段,基于该素材的工作膜比比比几年还长。尽管如此,由自然启发膜提供的潜在效率增益令人印象深刻。假设我们可以制造多或少等效运输速率[自然版 乘以小孔数进入人工结构后, 水流效率约为当前逆向渗透膜所实现量的25倍 mayer解释

Lawrence Livermer国家实验室研究者正在采取类似方法,美国加利福尼亚州Olgica Bakajin领导,但他们正在用碳纳米管创建纳米孔他们的作品也略超Mayer研究, 因为他们实际制作工作膜Bakajin及其团队首先使用化学蒸发沉积来种植双墙CNT垂直数组并用硅亚齐覆盖数组 形成CNTs间不可渗透屏障最后,他们用离子磨刻法揭穿CNT端面,通过薄膜生成孔

CNT孔口与Mayer孔口相似(直径约1.6nm),水运效率也相似,令人印象深刻。Bakajin表示:「我们测量的天然气流和水流比经典模型预测快100至10,000倍CNT原子光滑墙的事实 也有助于加速水分子穿透膜

Bakajin及其团队目前正在修改这些膜以实际应用,包括淡化Bakajin表示:「我们正在测试离子清除膜并比较商业离子膜在这一点上,我可以安全地说,我们正在得到非常有希望的结果

离市场近得多的是Eric Hoek及其加利福尼亚大学洛杉矶分校同事开发的纳米复合膜以传统薄膜聚合物为基础,像目前TFC薄膜中使用聚氨酯,Hoek及其团队集成工程纳米粒子,如Zeolite纳米粒子纳米粒子高流水性(爱水性)和高孔多孔性,在聚酰胺中作为附加孔

纳米粒子行为像通水通道 水益性很强 水能从空气中取水纳粒子会像海绵一样吸水与有机粒子和矿物质相染可快速降解RO膜性能

允许水以现有RO膜速率二倍传递, 但这些效率增益还处于后期开发阶段,以与薄膜商业制造方式相容的方式制作薄膜,正因如此,UCLA已经向一家名为NanoH的公司认证技术₂O专为Hoek公司商业膜搭建华克市南湖₂未来几年内O将测试这些纳米复合膜

光有RO系统可受益于高级膜并容一种形式蒸馏 即直接接触膜蒸馏延时加热海水沿疏水性聚合膜表层水蒸发后穿过薄膜孔 流进冷饮用水流 流过薄膜蒸馏法的主要优点是热海水产生的蒸汽压力比冷蒸馏流产生的蒸汽压力大得多,蒸汽压力差有助于推水分子穿膜

卡姆莱什Sirkar是新泽西理工学院教授,美国纽瓦克市最近通过涂抹聚合膜和更多防水材料提高这一过程效率,如氟西里生素帮助防止水滴涂膜,可降低水分子传输能力

Sirkar说道,“我们已经能够实现非常大通量以极不相同浓度计算,包括高浓度盐量”,Sirkar使用薄膜能够淡出盐浓度高于5.5%的盐液,而目前的RO技术只能处理低于此图的浓度问题。这是因为高盐浓度所需的极高压力往往会损害RO膜Sirkar及其团队正在进行实验工厂研究,并正与多家公司商讨DCDD技术商业化问题

随流

更激进的选项, 令水处理研究者产生点兴趣的选项, 少关注薄膜, 多关注如何利用渗透而非对抗它前向渗透思想提供高能效方法的可能性,从脏水或咸水提取可饮水

正像它的名称表示,前向渗透本质上与ROM对立半渗透膜分盐水或脏水与含更高浓度盐类分子水集中度差表示咸水或脏水中水分子自然会穿透膜渗透,无需外部压力

方法的明显问题在于它不立即产生纯水, 而是水中含盐类分子有两种基本方法处理问题:要么使用水和分子保留或努力去除这些分子

第一种方法被一家叫作水力技术的美国公司所采用,该公司开发袋化脏水为甘蔗饮料由两个邮袋组成 由防水膜分离邮袋中含糖浆,脏水加到另一个邮袋中高聚性糖浆提取水分子穿透薄膜稀释糖浆产生甘蔗饮料

第二,挑战性更强的方法正由总部设在布里斯托尔的英国创业公司Apaclara尝试中apaclara技术主管Barnaby Warne解释纳米磁粒子附着于此将是一个osmotia代理物,高浓度时会从薄膜上抽水。'纳米粒子然后通过简单应用磁场从水中取出利用美国海军研究局的资金,Apaclara目前正在开发小型前向渗透单元原型供外地军事人员使用

商业开发商和政府 将仔细观察薄膜工程师的进展地球70%以上覆盖水量,而以廉价方式将水转换成可饮用供应量对新兴人口来说是一个令人振奋的前景。小装置可避免困难和不协调的任务,即向受洪水困扰者提供净水并配给水量英国天气为Glocestershire居民带来未来不愉快惊喜时,

Jon Evans是英国博沙姆自由科学编译