ابداع روشی جدید برای شیرین کردن آب دریا

به گزارش کلیک ، این فناوری هنوز در مرحله آزمایشی قرار دارد؛ اما امیدواریم روزی برسد که محققان با استفاده از این فناوری جدید بتوانند آب های شور را که به وفور یافت می شوند، به یکی از کمیاب ترین منابع سیاره زمین که آب آشامیدنی هستند، تبدیل کنند.

آقای نایر راهول از دانشگاه منچستر انگلستان اذعان کرد که این روش می تواند روشی کارآمد برای تبدیل آب شور به آب شیرین باشد و هدف اعضای تیم تحقیقاتی در مرحله بعدی اجرای این فناوری، بررسی عملکرد آن در مقایسه با روش های متداول برای انجام این کار است.

به گفته وی، این غشاء که اندازه منافذ آن کاملا یکسان است، می تواند در اندازه های مختلفی تهیه شود. ساخت این غشاء در اندازه اتمی یک پیشرفت بزرگ محسوب می شود و زمینه را برای بهبود کارایی فناوری های نمک زدایی آب های شور فراهم می کند.

وی افزود که اعضای تیم تحقیقاتی قصد دارند برای نخستین بار این فناوری را به صورت رسمی مورد آزمایش قرار دهند. همچنین این امکان وجود دارد که غشاهای گرافنی به صورت گسترده و در تمام اندازه های مورد نیاز، برای نمک زدایی تولید شوند.

مدت زمان زیادی است که محققان پیشنهاد استفاده از غشاهای گرافنی برای فیلتر کردن املاح آب و یا نمک زدایی از آب دریاها را مطرح کرده اند و حتی آن ها موفق به ایجاد غشاهای گرافنی با قابلیت فیلتر کردن ذرات بزرگ تر شده اند؛ اما تبدیل آب شور به آب شیرین، نیازمند غشاهایی است که بتوانند ذرات ریز نمک را هم فیلتر کنند و دانشمندان در حال تلاش برای ساخت چنین غشایی هستند.

مشکلی که در رابطه با غشاهای کنونی وجود دارد این است که وقتی در آب فرو برده می شوند، متورم می شوند و افزایش اندازه منافذ آن ها موجب می شود ذرات نمک به راحتی از آن ها عبور کنند.

محققان در این غشای اکسید گرافنی جدید، از رزین اپکسی در دو طرف غشاء استفاده کرده اند که باعث می شود هنگامی که در آب فرو برده می شود، متورم نشود؛ این کار موجب می شود دانشمندان بتوانند اندازه منافذ غشاء را کنترل کنند تا اندازه منافذ برای فیلتر کردن انواع مختلف ذرات نمک به اندازه کافی کوچک باشد.

نکته اصلی درباره این موضوع این است که وقتی ذرات نمک در آب حل می شوند، پوسته ای از مولکول های آب در اطراف آن ها ایجاد می شود.

مولکول های آب می توانند به تنهایی از غشاء عبور کنند؛ اما ذرات سدیم کلورید نمی توانند به تنهایی از یک غشاء عبور کند و به کمک مولکول های آب احتیاج دارد. اندازه پوسته تشکیل شده از مولکول های آب، بزرگتر از منافذ غشاء است و به همین دلیل نمی تواند از آن ها عبور کند.

این کار نه تنها باعث می شود آب شور به آب شیرین و قابل شرب تبدیل شود، بلکه موجب می شود آب سریع تر از منافذ این غشای جدید عبور کند و این ویژگی غشای جدید باعث می شود که برای استفاده از فرایند نمک زدایی عالی باشد.

زمانی که اندازه هر یک از سوراخ ها در حدود یک نانومتر باشد که به اندازه یک مولکول آب، بسیار نزدیک است؛ باعث می شود که مولکول ها شکل خوبی پیدا کنند و همانند یک قطار از منافذ خارج شوند. همین موضوع باعث می شود که حرکت مولکول های آب سریع تر شود؛ اگر فشار به یک طرف این مولکول ها وارد شود، تمام مولکول ها با یکدیگر به خاطر وجود پیوند هیدروژنی بین آن ها، به سمت دیگری حرکت می کنند. این شرایط تنها در زمانی ایجاد می شود که اندازه منافذ بسیار کوچک باشد.

تنها در چند نیروگاه آب شیرین کن جهان از لایه های ساخته شده از پلیمر برای فیلتر کردن نمک استفاده می شود؛ اما این لایه ها هنوز کارایی لازم را ندارند و استفاده از آن ها نیز بسیار پر هزینه است؛ بنابراین دانشمندان به دنبال راهی برای کاهش هزینه و زمان فرایند نمک زدایی و همچنین آسان کردن آن هستند که هدف بزرگی است.

پدیده تغییر اقلیم در آینده باعث خواهد شد که آب دریاها به میزان زیادی افزایش پیدا کند. کوه های یخی منطقه ساحلی گرینلند در حال آب شدن هستند و پیش بینی می شود که سطح آب دریاها تا سال ۲۱۰۰ در حدود ۳٫۸ سانتیمتر افزایش پیدا کند. چنانچه یخسار گرینلند کاملا آب شود (پهنه ای وسیعی از یخ که ۸۰ درصد از منطقه به وسعت ۱،۷۱۰،۰۰۰ کیلومتر مربع را می پوشاند)، آیندگان شاهد بالا آمدن سطح دریاها و اقیانوس ها به اندازه ۷٫۳ متر مربع هستند.

در آینده دسترسی به آب قابل آشامیدن در برخی از مناطق جهان واقعاً دشوار می شود. طبق پیش بینی سازمان ملل، ۱۴ درصد از جمعیت جهان تا سال ۲۰۲۵ با مشکل کمبود آب مواجه می شوند و بسیاری از کشورهایی که دسترسی به آب شرب ندارند، توانایی ساخت نیروگاه های آب شیرین کن را نیز ندارند.

محققان قصد دارند با استفاده از این لایه های گرافنی اکسید جدید، برای فیلتر کردن ذرات نمک استفاده کنند و آن ها را جایگزین نیروگاه های بزرگ آب شیرین کن کنند.

ایجاد لایه های اکسید گرافن در آزمایشگاه ها کم هزینه تر و آسان تر از ایجاد لایه های گرافنی است و این موضوع به معنای این است که این فناوری جدید، کم هزینه خواهد بود و به صورت گسترده نیز می توان از آن استفاده کرد.

انتخاب گزینشی مولکول های آب از یون ها با محدود کردن فضای بین لایه ها به صورت فیزیکی، می تواند زمینه را برای ایجاد لایه های ترکیبی ارزان قیمت فراهم کند.

هدف نهایی محققان ساخت دستگاهی برای تأمین آب آشامیدنی از آب دریاها یا پساب ها با کمترین انرژی ممکن است.

آخرین مرحله آزمایش محققان، بررسی مدت زمان قابل استفاده بودن لایه ها و همچنین تعیین فواصل زمانی برای تعویض آن ها است.