| تاریخ ارسال: 1398/10/22 |
راه پر بازدهتر برای تبدیل آب شور به آب آشامیدنی
کمبود آب یک مشکل اساسی در سراسر جهان است. امیر براتی فریمانی، استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه کارنگی ملون، میگوید: "این مسئله تمام قاره را تحت تأثیر قرار میدهد." و "چهار میلیارد نفر حداقل در یک ماه از سال تحت شرایط کمبود شدید آب زندگی میکنند. نیمی از یک میلیارد نفر در طول سال با کمبود شدید آب زندگی میکنند." با این وجود، وقتی مردم بدون دسترسی به آب آشامیدنی سالم در حال تقلا هستند، اقیانوسهایی از آب غیر قابل آشامیدن در خارج از محدودهی آنها وجود دارد. وی میگوید: "71٪ از سطح جهان پوشیده از آب دریا است و این یک تضاد بسیار جالب است. "
برای مقابله با این مشکل، براتی فریمانی پژوهشهای خود را در زمینهی آب شیرینکن متمرکز کردهاست. این فرآیندی است که در آن آب شور دریا میتواند به آب شیرین تبدیل شود. برای شیرین کردن آب راههای زیادی وجود دارد، اما آب شیرین کن غشایی یکی از مؤثرترین ها است. در این روش، آب از طریق یک غشا نازک با سوراخ های ریز با فشار وارد می شود. آب در حفره ها جاری می شود اما یون های نمکی نمیتوانند، بنابراین در آن طرف فقط آب شیرین باقی میماند.
وی در جدیدترین پژوهش های خود، پتانسیل نوع جدیدی از غشاها به نام چارچوب فلزی-آلی (MOF)را مورد بررسی قرار دادهاست. او میگوید: "این غشاها از هر دو مرکز فلزی و ترکیب آلی تشکیل شدهاند." ترکیب آلی و فلز در یک الگوی پنج ضلعی متصل میشوند و سوراخی در مرکز ایجاد میکنند که به عنوان منفذ عمل می کند. براتی فریمانی میافزاید: "اگر به آنها نگاه کنید، آنها مانند لانه زنبور هستند."
چند دلیل مبنی بر مؤثرتر بودن این چارچوب وجود دارد: ۱) بسیار نازک است. این ضخامت به اندازهی چند اتم است که به معنی وجود اصطکاک بسیار کم هنگام عبور مولکولهای آب از درون منافذ است. ۲) قرار گیری منافذ به نفوذپذیری کمک میکند. براتی فریمانی میگوید: "هنگامی که منافذ مجاور ندارید، فشار زیادی از دیواره روی مولکول ها وارد میشود." این امر باعث کارایی کمتر فرآیند شیرین کردن میشود. برای درک دلیل، فقط تصور کنید که آب را درون یک قیف میریزید. در انتها آب آهستهتر از سوراخ حرکت میکند زیرا به دیوارها فشار داده میشود و مجبور به حرکت در یک فضای کوچک میشود. از طرف دیگر MOF دارای تخلخل متعدد مجاوری است. وی میگوید: "هیچ فشاری از طرف دیوار وجود ندارد و این مسئله به آنها فرصت میدهد تا راحتتر از درون منافذ عبور کنند." تصور کنید که این بار آب را از طریق صافی بریزید، خیلی سریعتر حرکت می کند، زیرا دارای چندین نقطه خروجی است که می تواند از آن عبور کند. 3) MOF از ساختاری بیشتری نسبت به سایر مواد برخوردار است. در بیشتر مواد، دانشمندان برای ایجاد تخلخل مورد نیاز مجبور به ایجاد سوراخهای ریز هستند که مقدار ایجاد شده را برحسب مساحت سطح محدود میکند. او می گوید: "اگر می خواهید منافذ زیادی ایجاد کنید، گرافن یا MoS2 نمیتوانند این کار را انجام دهند زیرا از لحاظ ساختاری نمیتوانند فشار را تحمل کنند." اما به لطف ساختار لانه زنبوری، MOF ذاتاً متخلخل است. این باعث ایجاد نسبت بالاتری از تخلخل به مساحت سطح می شود. همچنین باعث صرفه جویی در وقت و انرژی میشود، زیرا منافذ لازم نیست که ایجاد شوند یا حتی اندازه آن ها تنظیم شوند.
تفاوت بین MOF و سایر غشاهای معمولی قابل توجه است، هم از نظر میزان سرعت عبور آب و هم تعداد یونهایی که عبور نمیکنند. این فقط به شبیه سازی چند منافذ میپردازد. یک گیاه آب شیرین کن میتواند میلیاردها تخلخل داشته باشد و بهره وری آن را به صورت نمایی بالا میبرد. وی میگوید: "در مقیاس یک عملیات بزرگ، بسیار زیاد خواهد بود و حتی افزایش اندک بهرهوری به معنای جهشی بزرگ است. "
مقاله براتی فریمانی در مورد پژوهش خود درNano Letters ، یک ژورنال علمی ماهانه توسط انجمن شیمی آمریکا منتشر شد. این امر به گفتگوی فزایندهای درباره آب شیرین کن اضافه میکند و گامی مهم در این زمینه است. علاوه بر دنیای دانشگاهیان، وی امیدوار است که پژوهشهای وی بتواند در زندگی افراد تأثیر بگذارد. او می گوید: "ما باید برای بسیاری از افراد محروم مانند مردم آفریقا یا دیگر مناطق آب شیرین تأمین کنیم. اساساً این ماموریت ماست، آن را به نحوی از نظر انرژی کارآمد کنیم که در همه جا آب شیرین کن داشته باشیم. "
منبع: https://nano-magazine.com/news/2019/12/13/a-more-efficient-way-to-turn-saltwater-into-drinking-water
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی