Новости химической науки > Пористые электроды помогут в опреснении воды

Исследователи, разработавшие новую методику для опреснения воды, заявляют, что получение питьевой воды из соленой или морской воды может оказаться дешевле и проще, чем предполагалось ранее.

Процесс, представляющий собой модификацию известного метода емкостной деионизации, может обрабатывать большие объемы воды с помощью постоянно работающей карусели углеродных электродов.

Ликун Пан (Likun Pan), физик из Университета Восточного Китая, выступавший рецензентом работы, отмечает, что новая методика представляет собой «радикальный отход» от того привычного метода емкостной ионизации, основные рабочие принципы которого были сформулированы еще в 1960-х годах. Он заявляет, что результаты нового исследования в скором времени смогут быть воплощены в реальных технологиях получения пресной воды.

Рисунок из J. Phys. Chem. Lett., 2012, 3, 1613

Производство достаточных количеств питьевой воды представляет собой существенную проблему – по оценке ООН к 2025 году около 1,8 миллиардов человек будут жить в регионах с тотальной нехваткой питьевой воды. Один из способов удовлетворения спроса на питьевую воду – разработка методов превращения соленой воды (морской или грунтовой) в пресную. Наиболее популярным методом обессоливания является перегонка воды, позволяющая отелить воду от соли или солей или обратный осмос, который основан на отделении солей от воды с помощью мембранных технологий. Однако, оба эти метода требуют затрат больших количеств энергии, более того – обратный осмос нельзя использовать для очистки воды с небольшим содержанием соли.

Такие непригодные для питья воды с небольшим содержанием солей часто можно обнаружить в прибрежных водоносных слоях, которые по мере исчерпания пополняются морской или океанической водой.

Для решения этой проблемы исследователи решили пересмотреть метод емкостной деионизации. Этот метод основан на том, что вода с низким содержанием солей протекает между двумя пористыми угольными электродами. Создание разности потенциалов между электродами приводит к тому, что начинается движение ионов к соответствующим электродам, которые, благодаря наличию пор и большой площади внутренней поверхности улавливают эти ионы. По завершении процедуры обессоливания потенциал на электродах меняют таким образом, чтобы катод и анод поменялись местами, и ионы высвобождаются из электродов в подающуюся порцию свежей воды. Очевидным недостатком метода является наличие двух «потоков выхода» – опресненной воды и воды, еще более соленой по сравнению с входящим потоком.

Маартену Бишевелю (Maarten Biesheuvel) из Университета Вагенинген (Нидерланды) удалось разработать способ проведения емкостной деионизации без преключения полярности электродов. При проведении экспериментов исследователи использовали два постоянно независимых друг от друга потока соленой воды – один для опреснения, а другой – для сброса отделенных солей и угольные электроды, переходящие из одного раствора в другой. Исследователи подавали на электроды напряжение в 1,2 вольта в потоке, предназначенном для обессоливания, и отключали напряжение при погружении электродов в поток, предназначенный для удаления поглощенной электродами соли. Было обнаружено, что за шесть циклов им удалось понизить содержание соли в модельном растворе с концентрацией 20 ммоль/л в 3-4 раза. В ходе эксперимента исследователи осуществляли ручное управление электродами, однако они уверены, что для обработки больших объемов воды вполне возможно применение автоматического контроля.

Бишевель подчеркивает, что такой метод опреснения воды может реализовываться за счет энергии, врабатывающейся солнечными батареями, поэтому вполне возможно, что новый способ получения пресной воды не будет требовать расходов значительных количеств энергии. Авторы планируют продолжить работу – они планируют масштабировать систему, а также автоматизировать перемещение электродов из одного потока в другой.

Источник: J. Phys. Chem. Lett., 2012, 3, 1613 (DOI: 10.1021/jz3005514)

метки статьи: #бытовая химия, #физическая химия, #химическая технология, #химия поверхности, #электрохимия