Ein Team von Forschern der NYU Abu Dhabi (NYUAD) hat eine neue Art selbstreinigender Hybridmembran entwickelt, die eine Lösung bietet, die erhebliche Herausforderungen meistert, die bisher bei Entsalzungstechnologien begrenzt waren.
Die energieeffizientesten Entsalzungstechnologien basieren auf der Membranentsalzung. Die für die Entsalzung verwendeten Membranen neigen jedoch zur Verschmutzung, zur Ansammlung von Ablagerungen, was zu einer verminderten Membranleistung, einer kürzeren Lebensdauer und der Notwendigkeit einer chemischen Reinigung führt, was unbekannte Folgen für die Umwelt hat.
Forscher des Smart Materials Lab und des Center for Smart Engineering Materials der NYUAD unter der Leitung von Professor Panče Naumov und dem Forschungswissenschaftler Ejaz Ahmed haben zusammen mit ihren Mitarbeitern vom Institut für Membrantechnologie in Italien eine einzigartige Hybridmembran durch die Verwendung stimuliresponsiver Materialien geschaffen. thermosaliente organische Kristalle, eingebettet in Polymere. Die thermosalienten Kristalle sind eine neue Klasse dynamischer Materialien, die sich beim Erhitzen oder Abkühlen plötzlich ausdehnen oder bewegen können.
Durch die Kombination dieser Mikrokristalle mit herkömmlichen porösen Membranen entwickelten die Forscher eine „intelligente“ Membran, die sich verformen kann, indem sie ihre Porengröße und Oberflächeneigenschaften als Reaktion auf Temperaturänderungen selbst moduliert. Die Kristalle auf der Oberfläche der Membran reagieren auf einen kurzfristigen Temperaturanstieg, wodurch die Membran aktiviert wird, um die abgelagerten Verunreinigungen effektiv von ihrer Oberfläche zu entfernen.
Die Forscher fanden heraus, dass dieser „Gating“-Prozess den Durchfluss von entsalztem Wasser durch osmotische Destillation um mehr als 43 Prozent erhöhte und die Betriebslebensdauer der Membran erheblich verlängerte.
Die Ergebnisse werden in a dargestellt Papier mit dem Titel „Smart Dynamic Hybrid Membranes with Self-Cleaning Capability“, veröffentlicht in der Zeitschrift Naturkommunikation.
Die Fähigkeit von Hybridmembranen, sich selbst zu reinigen und Verschmutzungen zu minimieren, könnte Entsalzungstechnologien effizienter machen und die Verfügbarkeit von Süßwasser erhöhen. Mehr als ein Drittel der Weltbevölkerung leidet derzeit unter Trinkwasserknappheit, und bis 2025 wird dieser Wert voraussichtlich auf 50 Prozent ansteigen. In Ländern mit Wassermangel, beispielsweise in Trockengebieten wie der MENA-Region, hilft die Membranentsalzung von Meerwasser den Küstengemeinden lokale Defizite beheben.
„Es besteht ein dringender Bedarf an energieeffizienten Membranen, die zur Wasserentsalzung und anderen Trenntechnologien geeignet sind und Verschmutzungsprobleme beseitigen, ohne aggressive Chemikalien als Reinigungsmittel einzusetzen“, sagte Naumov.
„Die von uns entwickelte Hybridmembran zeigt nach mehreren Entkalkungszyklen eine gute Leistungskonstanz. Mit mehr als zwanzig Arten dynamischer organischer Kristalle, die für die Verwendung mit unterschiedlichen Membranzusammensetzungen verfügbar sind, stellt unser neuartiger Ansatz einen wichtigen Schritt vorwärts in Richtung der Entwicklung einer neuen Generation dar.“ von „intelligenten“ Membranen, die sich auf energiesparende und umweltfreundliche Weise selbst reinigen können, was die Kosteneffizienz des Gesamtprozesses der Trinkwasserproduktion effektiv verbessern wird.“
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Elvira Pantuso et al., Intelligente dynamische Hybridmembranen mit Selbstreinigungsfähigkeit, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41446-9