Tuzdan arındırma için grafen

giriiş

Şu anda, dünya çapında ~ 1,2 milyar insan su sıkıntısı ve bunun sağlık, gıda ve enerji üzerindeki olumsuz sonuçlarından muzdariptir. Bir yandan, nüfus artışı, artan sanayileşme ve daha fazla enerji ihtiyaçları ve diğer yandan kar erimesi kaybı, buzulların büzülmesi ve benzeri önümüzdeki yıllarda bu durumu kötüleştirecektir. Dünya Su Konseyi tarafından tahmin edildiği gibi, etkilenen insan sayısı önümüzdeki on yıllarda 3,9 milyar'a yükselecek.

Su sıkıntısını hafifletmek için en umut verici yaklaşımlardan biri olan tuzdan arındırma, su kaynağını hidrolojik döngüden mevcut olanın ötesine artırabilir. Deniz suyu tuzdan arındırma gerçekten de doğal tatlı su ekosistemlerine zarar vermeyen sonsuz, sürekli bir yüksek kaliteli su kaynağı sağlar.

Deniz suyu büyük bir su kaynağı içerir (gezegendeki tüm suyun% 97.5'i). Bu nedenle, su stresli ülkelerdeki su sıkıntısı sorunlarını ortadan kaldırmak için son on yılda deniz suyu tuzdan arındırma tesislerinin kurulmasının büyümesi hızla ilerlemiştir. 2016 yılında, tuzdan arındırma ile küresel su üretiminin yılda 38 milyar metreküp olduğu tahmin ediliyor, yani 2008'den iki kat daha yüksek.

Şimdiye kadar, deniz suyu tuzdan aralığı esas olarak çok aşamalı flaş damıtma ve ters ozmoz (RO) ile gerçekleştirilmiştir. Çoğunlukla kurak Basra Körfezi ülkelerinde, tuzdan arındırma tesisleri ısıtma ve daha sonra deniz suyunun yoğunlaşmasına dayalı performans gösterir. Bu tür tuzdan arındırma tesisi, büyük miktarda termal ve elektrik enerjisi tüketir, böylece sera gazları kapsamlı bir şekilde yayar. Tuzdan arındırma bitkilerinin bu ekonomik olmayan ve öz-dostu olmayan versiyonuna ek olarak, son yirmi yılda inşa edilen ve gelecekteki planlanan olanların ana türü tuzdan arındırma bitkileri RO teknolojisine dayanmaktadır.

Grafen filtreleri: yüzde 50'ye kadar daha az enerji

İlk olarak 2003 yılında izole edilen grafen, grafitten farklı elektrik, optik ve mekanik özelliklere sahiptir. [Çelikten daha güçlüdür ve benzersiz eleme özelliklerine sahiptir, "diyor Grossman. Sadece bir atom kalınlığında, delikli bir grafen filtresinden deniz suyunu ittiğinizde çok daha az sürtünme kaybı vardır. Son 50 yıldır kullanıldığını söylüyor.

[Delikli grafen filtrelerinin, yüzlerce kat daha iyi geçirgenlik sunarken tuzdan arındırma bitkilerinin su basınçlarını işleyebileceğini gösterdik, "diye açıklıyor Grossman. Deniz suyu için yüzde 15 daha az enerji ve acı su için yüzde 50'ye kadar daha az enerji kullanabiliriz. "

Başka bir avantaj, grafen filtrelerinin, poliamid filtrelerle meydana gelen neredeyse hızda biyo-büyüme ile faul yapmamasıdır. Tuzdan arındırma tesisleri, filtreleri sık sık temizleme ihtiyacı nedeniyle genellikle düşük verimlilikte çalışır. Ek olarak, filtreleri temizlemek için kullanılan klor, poliamidin yapısal bütünlüğünü azaltır ve sık sık değiştirilmesini gerektirir. Karşılaştırıldığında, grafen klorun zarar verici etkilerine dirençlidir.

Grossman'a göre, poliamid filtreleri mevcut bitkilerdeki grafen filtrelerle kolayca değiştirebilirsiniz. Poliamid filtreleri gibi, grafen filtreleri, partikülleri eleyen daha büyük deliklere sahip olan sağlam polisülfon desteklerine monte edilebilir.

Ancak, maliyetleri düşürmede önemli zorluklar devam etmektedir. Grossman grubu, oldukça düşük bir maliyetle yüksek hacimli grafen yaratmada iyi ilerleme kaydetti. Bununla birlikte, daha ciddi bir zorluk, grafendeki tekdüze delikleri oldukça ölçeklenebilir bir şekilde pahalıya aktarmaktır.

[Tipik bir bitki, her biri 40 metrekarelik yuvarlanmış aktif membranı olan iki metre uzunluğunda tüplerde yapılandırılmış on binlerce membran vardır, "diyor Grossman. [Bu hacmi aynı maliyetle eşleştirmeliyiz veya `sa starter."

Ucuza grafen yapmak

Grafen yapmanın geleneksel yolu - 2003'teki ilk izolasyonundan bu yana, akıl al - yapışkanla soymaktır. [Kelimenin tam anlamıyla grafit için bir parça scotch bant alıyorsunuz ve soyuyorsunuz, bitki."

Başka bir yaklaşım, bakır folyoya süper sıcak gazlar uygulayarak grafen [büyümek ”. [Büyüyen grafen en iyi kaliteyi sağlar, bu yüzden yarı iletken endüstrisi onunla ilgileniyor" diyor Grossman. Ancak süreç çok pahalı ve enerji yoğundur.

Bunun yerine, Grossman Group, tuzdan arındırma membranları oluşturmak için yeterli kalite üreten çok daha uygun fiyatlı bir kimyasal yaklaşım kullanıyor. [Neyse ki, uygulamamız en iyi kaliteyi gerektirmez, "diyor Grossman. [Kimyasal teknikle, grafiti bir çözüme koyarız ve tüm grafit parçalarını tabakalara ayırmak için düşük sıcaklık kimyası uyguladık. grafen çok ucuz ve hızlı. "

Tuzu engelleyen ancak su moleküllerinin geçmesine izin veren gözenekler oluşturmak daha dik bir zorluktur. Tuzdan arındırma nedeni, ilk etapta mümkün olmasının nedeni, tuz iyonlarının su molekülleriyle bağlanması ve böylece daha büyük bir varlık yaratmasıdır. Ancak serbest su molekülüne kıyasla boyut farkı hala sinir bozucu bir şekilde küçüktür.

[Zorluk yaklaşık 0.8 nanometrelik tatlı noktayı bulmaktır, "diyor Grossman. [Gözenekleriniz 1,5 nm ise, o zaman hem su hem de tuz geçecektir. Yarım nanometre olurlarsa, o zaman hiçbir şey geçmez. "

0.8 nm'lik bir delik [başka herhangi bir malzemeyle kontrol edilebilir bir şekilde yapabildiğimizden daha küçük, "diyor Grossman. [Ve bunu çok geniş bir alanda çok tutarlı ve ucuz bir şekilde yapmamız gerekiyor."

Grossman grubu, hepsi mekanik işlemlerden ziyade kimyasal ve termal enerji kullanan nanoporöz grafen membranları yapmak için üç teknik izliyor. [Eğer litografi kullanmaya çalıştıysanız, yıllar alacak, "diyor Grossman. [İlk yaklaşımımız delikleri çok büyük yapmayı ve sonra dikkatlice doldurmayı içerir. deliksiz bir malzeme ve sonra dikkatlice parçalayın. "

Grafen yapmak için kimyasal teknik aslında yarı iletkenler için istenmeyen olarak kabul edilen, ancak filtreler için iyi olan grafen oksit üretir. Sonuç olarak, araştırmacılar oksijeni grafen oksitten çıkarmanın zor adımından kaçınabildiler. Aslında, oksijeni kendi yararlarına kullanmanın bir yolunu buldular.

[Oksijenin grafen tabakasına bağlanma şeklini kontrol ederek, delikleri oksijen yardımıyla delmek için kimyasal ve termal enerji kullanabiliriz "diyor Grossman.

İlk hedef: acı su

Grossman Grubu, grafen tabakaları üretim ve delik açma zorluğu üzerinde çalışmaya devam ederken, Grossman teknolojiyi pazara sunmaya yardımcı olmak için grafen filtrelerinin diğer avantajlarından yararlanmak istiyor.

Grafen, deniz suyu ve hidrolik kırılmada kullanılan daha kirli su ile verimliliği iyileştirmesine rağmen, muhtemelen haliçlerde bulunan gibi acı suyu temizleyen bitkilerde piyasaya sürülecektir. [İki veya üç faktör bile daha yüksek geçirgenliğin acı su ile deniz suyundan daha büyük bir fark yaratacağı ortaya çıkıyor, "diyor Grossman. [Her iki durumda da enerji tüketimini düşürüyorsunuz, ancak daha acı su için."

Grafen filtreleri ayrıca daha küçük, daha ucuz bitkilerin inşasını da sağlayabilir. [Grafen ile tesisi nasıl çalıştırdığınız konusunda daha fazla seçeneğiniz var, "diyor Grossman. daha düşük enerji maliyeti. "

Grossman, yoğun nüfuslu kıyı bölgelerinde bir tesisin bulunduğu ve bir bitkiye izin vermesinin yıllar hatta on yıllar alabileceğini belirtiyor. [Bitkiyi nasıl inşa edeceğinize ve yeterince arazi bulacağınıza dair çok çaba sarf ediyor, "diyor Grossman. [Daha küçük bir bitki inşa etme seçeneğine sahip olmak büyük bir avantaj olacaktır."

Lina Banbury Dispersion Yoğurucu Grephene karıştırma ve yapmak için

Lina Yeni Tip Banbury Dispersion Kneader Grephene için tasarlanmıştır, makine teknolojisini desteklemek için grafen departmanımız var.