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研究人员发现,控制膜的纳米级结构是清洁水的关键

研究人员发现,控制膜的纳米级结构是清洁水的关键

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2021-01-04 18:47:52


 

 美国宾夕法尼亚州立大学


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脱盐膜可作为盐水的过滤器:将水推过膜,获得适用于农业,能源生产甚至饮用的清洁水。这个过程看起来很简单,但是它包含了复杂的复杂性,数十年来一直困扰着科学家们,直到现在。

宾夕法尼亚州立大学,德克萨斯大学奥斯汀分校,爱荷华州立大学,陶氏化学公司和杜邦水务公司的研究人员在《科学》杂志在线(12月31日)发表了一项重要发现,以了解膜如何从水中过滤矿物中的矿物质。该文章将在明天(1月1日)发行的印刷版封面上刊登。

宾夕法尼亚州立大学化学工程与材料科学与工程学教授恩里克·戈麦斯(Enrique Gomez)说:“尽管使用了许多年,但我们对水过滤膜的工作原理仍然知之甚少。” “我们发现,如何控制纳米级膜本身的密度分布对于产水性能确实非常重要。”

该团队由UT奥斯汀分校土木,建筑与环境工程学系副教授Manish Kumar领导,该团队使用了多峰电子显微镜技术,该技术将原子级详细成像与揭示化学成分的技术结合在一起,以确定脱盐膜在密度和质量上不一致。研究人员绘制了三维尺寸的聚合物薄膜密度变化图,其空间分辨率约为1纳米-小于DNA链直径的一半。戈麦斯认为,这项技术进步是理解膜中密度作用的关键。

戈麦斯说:“您可以亲眼看到咖啡过滤器中某些地方或多或少的密度。” “在滤膜中,它看起来很均匀,但不是纳米级,而如何控制质量分布对于水过滤性能而言确实很重要。”

戈麦斯和库玛说,这令人惊讶,因为以前认为膜越厚,产水量就越少。Filmtec现在是制造许多脱盐产品的杜邦水解决方案的一部分,与研究人员合作并资助了该项目,因为他们的内部科学家发现更厚的膜实际上被证明具有更高的渗透性。

研究人员发现,厚度与避免高密度纳米级区域或“死区”无关紧要。从某种意义上说,要使水的产量最大化,整个膜上更一致的密度比厚度更重要。

研究人员表示,这种理解可以使膜效率提高30%到40%,从而以更少的能量过滤更多的水-这可能是当前脱盐工艺节省成本的更新。

Kumar说:“反渗透膜被广泛用于清洁水,但是我们对它们的了解还很多。” “我们不能真正说出水是如何流过它们的,所以过去40年中的所有改进基本上都是在黑暗中完成的。”

反渗透膜通过在一侧施加压力来工作。矿物质留在那里,而水却流过。研究人员说,虽然比非脱盐工艺更有效,但仍需要大量能量,但是提高膜的效率可以减轻这种负担。

戈麦斯说:“淡水管理正在成为世界范围内的关键挑战。” “干旱,干旱-随着恶劣天气的加剧,预计这个问题将变得更加严重。拥有洁净水至关重要,尤其是在资源贫乏地区。

该小组继续研究膜的结构以及脱盐过程中涉及的化学反应。他们还在研究如何为特定材料开发最佳的膜,例如可持续而坚韧的膜,以防止细菌生长。

戈麦斯说:“我们正在继续用更多高性能材料推动技术发展,以阐明有效过滤的关键因素。”

 

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来来源于:medicalXpress




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