Ny forskning publicerad i en tidning i TEKNOLOGI rapporterade en ny design av en uppskalbar nanoporös membrancentrifug (se figur 1 (a), (b), (c), och (d)) föreslagen för avsaltning av omvänd osmos, med bevis på konceptet visat genom storskaliga molekylära dynamiska simuleringar.

Nanomaterialbaserad separationsmembransteknik har hyllats som spelväxlare inom avsaltningsteknik, dock, det finns två stora hinder för att förhindra det i verkliga tillämpningar:(1) uppskalningsutmaningen, dvs hur man gör en avsaltningsmaskin i makroskala med nanoporöst membran, och (2) föroreningsproblemet, d.v.s. hur man förhindrar att Na+ och Cl-joner blockerar porerna i nanoskala utan att förbruka mycket energi. I det här arbetet, ett team av forskare, huvudsakligen bestående av doktorander och studenter från University of California-Berkeley, har konstruerat en finurlig design av en uppskalad avsaltningscentrifug (se figur 1) som är dekorerad med poröst membran i nanoskala. De porösa membranplåstren i nanoskala är en del av den multiskala porstrukturen på centrifugväggen (se figur 1 (e) och (f)), så att den lätt kan tillverkas för avsaltning i industriell skala.

Dessutom, i det här arbetet, vi har genomfört en storskalig simulering av molekylär dynamik för att demonstrera den molekylära mekanismen för avsaltningsprocessen, tillhandahålla bevis på konceptet för den nya designen. Den molekylära dynamiksimuleringen har övertygande visat att centrifugalkraften kan balansera osmoskraften och ge dragkraften av vattenfiltrering genom porer i nanoskala. Vidare, genom att använda den roterande vätskan i centrifugen som Couette -flödet, centrifugens kritiska vinkelhastighet härleds för första gången för sådana klasser av avsaltningsmaskiner eller centrifug. Molekylära dynamik -simuleringsresultaten underbyggde den kritiska vinkelhastighet som härrör från vätskemekanismen i kontinuumsskalan.

Mer betydande, forskargruppen har funnit att det nästan inte finns någon nedsmutsning av avsaltningscentrifugen under simuleringen (se figur 2). Det har visat sig att jonkoncentrationen inte stiger när man närmar sig membranväggen, istället, det går ner, på grund av kombinationseffekterna av Coriolis-kraften och saltavstötning av grafenmembranväggen, vilket antyder en stor potential för en sådan nano-porös membrancentrifug. Rapporten kommer att publiceras i marsnumret av tidskriften 2018 TEKNOLOGI . Som projektets PI, Professor Shaofan Li vid UC Berkeley, sa,

"Mitt i klimatförändringar och hållbarhetsfrågor inom vattenenergi, den föreslagna nanomembrancentrifugen är en banbrytande avsaltningsteknik med en självrensande mekanism och en avsevärt förbättrad energieffektivitet. Våra preliminära resultat indikerar att grafenmembrancentrifugen har en stor potential att skala upp och blir modellen för nästa generations industriella avsaltningsanordningar.''