Учёные Университета Райса разрабатывают технологию удаления загрязняющих веществ из воды, но только в том количестве, в котором это необходимо.
Лаборатория риса инженера Цилинь Ли строит систему очистки, которую можно настроить для выборочного удаления токсинов из питьевой воды и сточных вод с заводов, канализационных систем и нефтяных и газовых скважин. Исследователи заявили, что их технология сократит расходы и сэкономит энергию по сравнению с обычными системами.
«Традиционные методы удаления всего, такие как обратный осмос, дороги и энергоемки», - сказал Ли, ведущий ученый и соавтор исследования о новой технологии в журнале Американского химического общества Environmental Science & Технологии. «Если мы найдем способ просто извлечь эти второстепенные компоненты, мы сможем сэкономить много энергии».
Сердцем системы Райс является набор новых композитных электродов, обеспечивающих емкостную деионизацию. Заряженные пористые электроды избирательно вытягивают целевые ионы из жидкостей, проходящих через лабиринтную систему. Когда поры заполняются токсинами, электроды можно очистить, восстановить их первоначальную емкость и использовать повторно.
«Это часть обширного исследования по поиску способов выборочного удаления ионных загрязнителей», - сказал Ли, профессор гражданского и экологического строительства, а также материаловедения и наноинженерии. «В воде много ионов. Не все токсично. Например, хлорид натрия (соль) совершенно безвреден. Нам не нужно удалять его, если только концентрация не станет слишком высокой.
«Для многих приложений мы можем оставить неопасные ионы позади, но есть определенные ионы, которые нам нужно удалить», - сказала она. «Например, в некоторых колодцах с питьевой водой есть мышьяк. В наших водопроводных трубах может быть свинец или медь. трубы."
Проверочная система, разработанная командой Ли, удаляла сульфат-ионы, образующие накипь минералы, которые могут придавать воде горький вкус и действовать как слабительное. Электроды системы были покрыты активированным углем, который, в свою очередь, был покрыт тонкой пленкой крошечных частиц смолы, скрепленных кватернизированным поливиниловым спиртом. Когда загрязненная сульфатами вода текла через канал между заряженными электродами, ионы сульфата притягивались электродами, проходили через смоляное покрытие и прилипали к углероду.
Испытания в лаборатории Райса показали, что положительно заряженное покрытие на катоде захватывает ионы сульфата преимущественно по сравнению с солью в соотношении более 20 к 1.
Электроды сохраняли свои свойства в течение 50 циклов. «Но на самом деле в лаборатории мы запустили систему в течение нескольких сотен циклов, и я не вижу никаких поломок или отслаивания материала», - сказал Куйчан Цзо, ведущий автор статьи и научный сотрудник лаборатории Ли.. «Он очень надежный».
Ли сказал, что система предназначена для работы с текущими коммерческими системами очистки воды. «Настоящая заслуга этой работы не в том, что мы смогли выборочно удалить сульфат, потому что есть много других загрязнителей, которые, возможно, более важны», - сказала она. «Заслуга в том, что мы разработали технологическую платформу, которую мы можем использовать для борьбы с другими загрязнениями, меняя состав покрытия электрода».
Команда Rice разрабатывает покрытия для других загрязняющих веществ и работает с лабораториями Техасского университета в Эль-Пасо и Университета штата Аризона над крупномасштабными испытательными системами. Цзо сказал, что также должна быть возможность масштабировать системы для очистки воды в домашних условиях.
Аспиранты Райса Джун Ким и Амит Джейн являются соавторами статьи. Среди соавторов Тяньсяо Ван, аспирант Райс; Рафаэль Вердуско, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии, материаловедения и наноинженерии; и Минче Лонг, адъюнкт-профессор китайского Шанхайского университета Цзяо Тонг.
Исследование было проведено при поддержке Центра очистки воды с использованием нанотехнологий, основанного на рисе и поддерживаемого Национальным научным фондом, Фонда Уэлча и Шанхайского муниципального фонда международного сотрудничества.