Американские специалисты нашли решение сложной проблемы, не поддававшейся ученым в течение нескольких десятков лет. Разобравшись в работе мембран для опреснения и очистки воды, они смогли установить, от чего на самом деле зависит их производительность — и как ее повысить. Опреснительная мембрана удаляет соль и прочие химические элементы из воды, делая ее пригодной для питья, производства энергии и полива сельскохозяйственных растений.

Это довольно простой процесс — грязную воду пропускают через фильтр и получают чистую — но кое-что в нем остается непонятным. Команда исследователей из Университета Пенсильвании, Техасского университета в Остине, Университета штата Айова и компаний Dow Chemical и DuPont Water Solutions смогли разобраться, как на самом деле мембраны очищают воду от минералов, сообщает Science Daily.

«Несмотря на длительное ее использование мы еще многого не знаем о том, как работают мембраны для фильтрации воды, — заявил профессор Энрике Гомес, руководитель научной группы. — Мы обнаружили, что для производительности процесса получения воды очень важно то, как вы контролируете распределение плотности мембраны в наномасштабе».

Использовав электронную микроскопию, ученые установили, что опреснительные мембраны неравномерны по плотности и массе. Они создали из полимерных пленок трехмерные модели с различной плотностью и разрешением приблизительно 1 нм и увидели, что при таком приближении распределение массы в мембранах отличается и влияет на производительность водного фильтра.

Открытие стало для ученых сюрпризом, поскольку ранее считалось, что чем толще мембрана, тем меньше производительность системы фильтрации. Но оказалось, что толщина не имеет такого значения, как отсутствие крайне плотных в наномасштабе участков, «мертвых зон». Другими словами, равномерность плотности мембраны важнее ее толщины для повышения производительности водного фильтра.

Благодаря этому открытию можно будет увеличить эффективность мембран на 30–40%, то есть больше воды можно будет очистить при меньших затратах энергии.

«Несмотря на длительное ее использование мы еще многого не знаем о том, как работают мембраны для фильтрации воды, — заявил профессор Энрике Гомес, руководитель научной группы. — Мы обнаружили, что для производительности процесса получения воды очень важно то, как вы контролируете распределение плотности мембраны в наномасштабе».

Использовав электронную микроскопию, ученые установили, что опреснительные мембраны неравномерны по плотности и массе. Они создали из полимерных пленок трехмерные модели с различной плотностью и разрешением приблизительно 1 нм и увидели, что при таком приближении распределение массы в мембранах отличается и влияет на производительность водного фильтра.

Открытие стало для ученых сюрпризом, поскольку ранее считалось, что чем толще мембрана, тем меньше производительность системы фильтрации. Но оказалось, что толщина не имеет такого значения, как отсутствие крайне плотных в наномасштабе участков, «мертвых зон». Другими словами, равномерность плотности мембраны важнее ее толщины для повышения производительности водного фильтра. Благодаря этому открытию можно будет увеличить эффективность мембран на 30–40%, то есть больше воды можно будет очистить при меньших затратах энергии.

В прошлом году ученые из США разработали новую технологию, которая позволяет на 75% сократить расходы энергии при опреснении воды и не наносит ущерба окружающей среде. Метод выгодно отличается отсутствием мембран и необходимости в выпаривании воды.