Postrojenja za desalinizaciju vode mogla bi zameniti skupe hemikalije novim elektrodama od ugljenične tkanine koje uklanjaju bor iz morske vode, što je važan korak u pretvaranju morske vode u bezbednu vodu za piće.
Studiju koja opisuje novu tehnologiju objavili su u Nature Vater inženjeri sa Univerziteta u Mičigenu i Univerziteta Rajs.
Bor je prirodna komponenta morske vode koja postaje toksičan zagađivač u vodi za piće kada se provuče kroz konvencionalne filtere za uklanjanje soli. Nivoi bora u morskoj vodi su oko dva puta veći od najblažih ograničenja Svetske zdravstvene organizacije za bezbednu vodu za piće i pet do 12 puta veći od tolerancije mnogih poljoprivrednih biljaka.
„Većina membrana za reverznu osmozu ne uklanja mnogo bora, tako da postrojenja za desalinizaciju obično moraju da urade neki naknadni tretman da bi se otarasili bora, što može biti skupo“, rekao je Jovan Kamčev, docent hemijskog inženjerstva i makromolekularne nauke U-M i inženjering i ko-korespondent autor studije. „Razvili smo novu tehnologiju koja je prilično skalabilna i može ukloniti bor na energetski efikasan način u poređenju sa nekim od konvencionalnih tehnologija.
U morskoj vodi, bor postoji kao električno neutralna borna kiselina, tako da prolazi kroz membrane reverzne osmoze koje obično uklanjaju so odbijajući električno naelektrisane atome i molekule zvane joni. Da bi zaobišli ovaj problem, postrojenja za desalinizaciju obično dodaju bazu u svoju tretiranu vodu, što uzrokuje da borna kiselina postane negativno naelektrisana. Druga faza reverzne osmoze uklanja novonapunjeni bor, a baza se zatim neutrališe dodavanjem kiseline. Ti dodatni koraci lečenja mogu biti skupi.
„Naš uređaj smanjuje hemijske i energetske potrebe desalinizacije morske vode, značajno povećavajući održivost životne sredine i smanjujući troškove do 15 procenata, ili oko 20 centi po kubnom metru prečišćene vode“, rekao je Veii Pan, postdoktorski istraživač na Univerzitetu Rajs. studija koautor.
S obzirom na to da je globalni kapacitet desalinacije iznosio 95 miliona kubnih metara dnevno u 2019. godini, nove membrane bi mogle da uštede oko 6,9 milijardi dolara godišnje. Velika postrojenja za desalinizaciju — kao što je fabrika za desalinizaciju u San Dijegu Claude „Bud“ Levis Carlsbad — mogu uštedeti milione dolara za godinu dana.
Ove vrste uštede mogle bi pomoći da morska voda postane pristupačniji izvor vode za piće i ublažiti rastuću krizu vode. Očekuje se da će snabdevanje slatkom vodom zadovoljiti 40% potražnje do 2030. godine, prema izveštaju Globalne komisije za ekonomiju vode iz 2023. godine.
Nove elektrode uklanjaju bor tako što ga zarobljavaju unutar pora prošaranih strukturama koje sadrže kiseonik. Ove strukture se specifično vezuju za bor dok propuštaju druge jone u morskoj vodi, maksimizirajući količinu bora koju mogu da zarobe.
Ali strukturama koje hvataju bor i dalje je potreban bor da bi imao negativan naboj. Umesto dodavanja baze, naelektrisanje se stvara razdvajanjem vode između dve elektrode, stvarajući pozitivne jone vodonika i negativne jone hidroksida. Hidroksid se vezuje za bor, dajući mu negativan naboj koji ga čini da se zalepi za mesta hvatanja unutar pora u pozitivnoj elektrodi.
Hvatanje bora elektrodama takođe omogućava postrojenjima za prečišćavanje da izbegnu trošenje više energije na drugu fazu reverzne osmoze. Nakon toga, joni vodonika i hidroksida se rekombinuju da bi dali neutralnu vodu bez bora.
„Naša studija predstavlja raznovrsnu platformu koja koristi promene pH vrednosti koje mogu da transformišu druge zagađivače, kao što je arsen, u oblike koje se lako uklanjaju“, rekao je Menahem Elimelek, profesor građevinskog inženjerstva i inženjerstva životne sredine i hemijskog i biomolekularnog inženjerstva na Univerzitetu Rajs, Nensi i Klint Karlson. , i ko-korespondentni autor studije.
„Pored toga, funkcionalne grupe na elektrodi mogu se podesiti da se specifično vezuju za različite zagađivače, olakšavajući energetski efikasan tretman vode“, rekao je Elimelech.
