Soldriven saltlösningskristallisering kan lindra miljöpåverkan från avsaltning av havsvatten.

Att behandla avfallssaltlösning med en självrengörande kristallisator som drivs med solenergi kan vara ett miljövänligt och effektivt sätt att göra avsaltning av havsvatten mer hållbar.

I ökenområden, Avsaltning av havsvatten ger nödvändigt sötvatten för dricksvatten och jordbruk. Ett stort problem är att processen genererar enorma mängder koncentrerad saltlake som ofta släpps ut i närliggande sjöar och floder eller tillbaka i havet, skadar växtlighet och marint liv." Med skärpta miljöbestämmelser och ökad allmänhetens medvetenhet, det finns tryck för att behandla saltlösning utan vätskeutsläpp, " säger Chenlin Zhang, en Ph.D. elev i KAUST. Detta innebär att man extraherar varenda droppe vatten samtidigt som man lämnar kvar fasta mineralkristaller som kan räddas för andra ändamål.

Kristallisering kräver för närvarande antingen dyra korrosionsbeständiga behållare och stora mängder energi för att koka saltlaken eller stora landområden som särskilda indunstningsdammar. Solkristallisatorer som använder fototermiska material för att omvandla solljus till värme blir allt populärare men har begränsad prestanda eftersom de ackumulerar saltkristaller, som minskar ljusabsorptionen vid ytan.

För att ta itu med detta, ett team ledd av Peng Wang byggde en tredimensionell kristallisator som separerar det fototermiska materialet från saltlösningen med hjälp av starkt ledande aluminium. Solljus kommer in i den öppna toppen av en fyrkantig kolumn och en fototermisk beläggning på innerväggen överför värme genom en aluminiumplåt till ytterväggarna. Ett poröst membran lindat runt utsidan absorberar saltlösning från en reservoar nedanför och sprider den över ytan. Värmen förångar vattnet och saltkristaller byggs upp på utsidan, lämnar innerväggen ren.

"Ansamlat salt kan lätt skrapas bort för hand eller lämnas för att bygga upp tillräckligt för att så småningom falla under sin egen vikt, " förklarar Zhang. "Sådan självrengöring kan vara mycket användbar i system i industriell skala."

Deras enhet fungerade bra på experimentella saltlösningar, men när den testades på vatten från Röda havet, Avdunstningshastigheten minskade nästan till noll och magnesiumkristaller täppte till porerna.

Wangs team löste detta genom att tillsätta en liten mängd nitrilotriättiksyra, en billig och biologiskt nedbrytbar kristallisationshämmare, till den obehandlade saltlaken. "Vår strategi skulle kunna lösa det långvariga problemet med saltavlagringar i konventionella kristallisatorer och är ett lovande sätt att behandla saltlösning utan vätskeutsläpp, säger Wang.

När den drivs av artificiellt solljus, deras kristallisator behandlade Röda havets saltlösning kontinuerligt i 288 timmar, avdunstar vatten med en timhastighet av 2,42 kg per kvadratmeter yta. När den drivs av verkligt solljus på taket av ett bostadshus på KAUST, den avdunstade 48 kilo vatten per dag per kvadratmeter yta, trots mörkrets timmar.

Wangs team arbetar på förbättringar för att göra deras soldrivna kristalliserare kommersiellt skalbar. "Vi kommer också att undersöka återvinningen av användbara mineraler, såsom magnesium och kalium, från de fasta salterna och avslöjar det verkliga värdet av avfallssaltlösning, " han lägger till.