Поскольку два миллиарда человек во всем мире не имеют доступа к чистой и безопасной питьевой воде, совместное исследование Университета Монаша, CSIRO и Техасского университета в Остине, опубликованное сегодня в журнале Sciences Advances, может предложить революционное новое решение.
Все сводится к металлоорганическим каркасам (MOF), удивительному материалу нового поколения, который имеет самую большую площадь внутренней поверхности среди всех известных веществ. Губчатые кристаллы можно использовать для захвата, хранения и выделения химических соединений. В данном случае соли и ионы в морской воде.
Доктор Хуачэн Чжан, профессор Хуантинг Ван и доцент Чжэ Лю и их команда на инженерном факультете Университета Монаш в Мельбурне, Австралия, в сотрудничестве с доктором Анитой Хилл из CSIRO и профессором Бенни Фриманом из Департамента МакКетта. Химическая инженерия Техасского университета в Остине недавно обнаружила, что мембраны MOF могут имитировать фильтрующую функцию или «ионную селективность» мембран органических клеток.
При дальнейшем развитии эти мембраны обладают значительным потенциалом для выполнения двойных функций удаления солей из морской воды и отделения ионов металлов высокоэффективным и экономичным способом, предлагая революционно новый технологический подход для водной и горнодобывающей промышленности.
В настоящее время мембраны обратного осмоса отвечают за более чем половину мировых мощностей по опреснению воды и являются последней стадией большинства процессов очистки воды, однако эти мембраны могут быть улучшены в 2-3 раза по энергопотреблению. Они не работают на принципах дегидратации ионов или селективного транспорта ионов в биологических каналах, что является предметом Нобелевской премии по химии 2003 года, присужденной Родерику Маккиннону и Питеру Агре, и поэтому имеют значительные ограничения.
В горнодобывающей промышленности разрабатываются мембранные процессы для снижения загрязнения воды, а также для извлечения ценных металлов. Например, литий-ионные батареи в настоящее время являются наиболее популярным источником питания для мобильных электронных устройств, однако при нынешних темпах потребления растущий спрос, вероятно, потребует производства лития из нетрадиционных источников, таких как извлечение из соленой воды и переработка отходов. потоки. Если бы это было экономически и технологически возможно, прямое извлечение и очистка лития из такой сложной жидкой системы имело бы серьезные экономические последствия.
Эти инновации теперь возможны благодаря этому новому исследованию. Профессор Университета Монаша Хуантин Ван сказал: «Мы можем использовать наши выводы для решения проблем опреснения воды. Вместо того, чтобы полагаться на существующие дорогостоящие и энергоемкие процессы, это исследование открывает потенциал для удаления ионов соли из воды гораздо более энергоэффективным и экологически безопасным способом».
"Кроме того, это только начало потенциальных возможностей этого явления. Мы продолжим исследования того, как в дальнейшем можно применить селективность этих мембран по отношению к ионам лития. Ионов лития много в морской воде, так что это имеет значение для горнодобывающей промышленности, которые в настоящее время используют неэффективную химическую обработку для извлечения лития из горных пород и рассолов. Глобальный спрос на литий, необходимый для электроники и аккумуляторов, очень высок. Эти мембраны предлагают потенциал для очень эффективного способа извлечения ионов лития из морской воды, обильной и легкодоступный ресурс."
Основываясь на растущем научном понимании MOF, доктор Анита Хилл из CSIRO сказала, что исследование предлагает еще одно потенциальное практическое применение материала следующего поколения.«Перспектива использования MOF для устойчивой фильтрации воды невероятно интересна с точки зрения общественного блага, а предоставление более совершенного способа извлечения ионов лития для удовлетворения глобального спроса может создать новые отрасли для Австралии», - сказал доктор Хилл.
Профессор Техасского университета в Остине Бенни Фриман говорит: «Производная вода с месторождений сланцевого газа в Техасе богата литием. Усовершенствованные концепции материалов для разделения, такие как эта, потенциально могут превратить этот поток отходов в возможность извлечения ресурсов., Я очень благодарен за возможность работать с этими выдающимися коллегами из Монаша и CSIRO через Австралийско-американскую комиссию Фулбрайта для выдающейся кафедры Фулбрайта США в области науки, технологий и инноваций, спонсируемой Организацией научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO).)."