Ett nytt membran tillverkat av vattenvåta material har specialdesignade gasinfångande porer som gör att det samtidigt kan separera varma, salt från svalt, rent vatten samtidigt som det underlättar överföringen av ren ånga från ena sidan till den andra. Denna princip, designad av KAUST-forskare, kan leda till grönare, billigare avsaltningsmembran.

För närvarande, supervattenavvisande perfluorkarbonmembran används allmänt för en avsaltningsprocess som kallas membrandestillation (MD). Men perfluorkolväten är dyra, icke biologiskt nedbrytbar och känslig för nedsmutsning och skador vid högre temperaturer, förklarar KAUST postdoktor Ratul Das.

I syfte att utveckla perfluorkolfria alternativ, Himanshu Mishra och hans team av forskare vid KAUSTs vattenavsaltnings- och återanvändningscenter hämtade inspiration från två insekter:springsvansar som lever i våta jordar och skridskoåkare som lever i öppna hav. Båda har svampformade mikrotexturer som täcker deras nagelband och hårstrån som spontant kan fånga in livsuppehållande luft om insekterna blir nedsänkta i vatten. "Vi efterliknade dessa egenskaper på vattenvåta (icke vattenbeständiga) material. De resulterande ytorna fångar kraftigt in luft vid nedsänkning i vätskor. Idén om gasfångande membran föddes, säger Mishra.

Mishras team utvecklade protokoll för att skapa vertikala porer i tunna ark. Diametrarna för porinloppen och -utgångarna var plötsligt mindre än porkanalerna. "Vi började med att leka med tunna wafers av kisel för att utveckla porer med dessa återkommande kanter, " säger Mishra. "Dessa kanter hindrar vätskor från att tränga in i porerna, " förklarar han. "Vi kunde uppnå funktionen av perfluorerade membran genom att utnyttja denna bioinspirerade textur med vattenvåta material, som kan tyckas trotsa konventionell visdom." När ett kiselmembran med enkla cylindriska porer nedsänks i vatten, den är helt fylld inom 1 sekund. Kiselgas-infångande membran (GEM), å andra sidan, fånga in luft kraftigt i sina porer när de sänks ned i vatten, och kan förbli intakt i mer än sex veckor.

Teamet utforskade sedan att tillämpa samma princip på en billigare, lätttillverkat vattenvått material som kallas poly-metylmetakrylat (PMMA), förklarar Sankara Arunachalam, en forskningstekniker i Mishras team. "PMMA-GEMs separerade robust strömmar av heta, salt foder från kallt vatten i mer än 90 timmar med en saltavvisning på 100 procent, " han säger.

"Så vitt vi vet, detta är den första demonstrationen någonsin av MD-membran som härrör från i sig vätande material, " säger Mishra. "Fördelarna är uppenbara:vanlig vattenvåt plast, som PMMA, är betydligt billigare än perfluorerade, är miljövänliga, och tål tuffare driftsförhållanden. Tvärvetenskapliga undersökningar behövs för att bedöma skalbarheten och tillförlitligheten av detta tillvägagångssätt."

Fynden kan låsa upp potentialen hos vanliga vattenvåta material för grönare, billigare avsaltning.