En ny destillationsanordning kan bättre återvinna föroreningar som produceras av en avsaltningsanläggning för att dramatiskt minska avfallet.

När havsvatten renas med omvänd osmosmembran, en flytande saltlösning som innehåller salter och andra föroreningar slängs ofta direkt i miljön. Strikta regler tvingar nu avsaltningsanläggningar att anta principer om noll vätskeutsläpp för att behandla detta avloppsvatten. Aktuell teknik, dock, förlita sig på dyra elektriska eller termiska behandlingar för att koncentrera saltlösningen.

Ett mer hållbart tillvägagångssätt utreds nu av Peng Wang och kollegor från Water Desalination and Reuse Center på KAUST. Teamet utvecklar fototermiska soldestillationsanordningar som kan omvandla solljus till värme. När den placeras på ett typiskt prov av flytande saltlösning, dessa fototermiska enheter kan förånga vatten med 90 procent energieffektivitet.

Ett problem med att använda soldestillationsanordningar för att isolera rent vatten från saltlösning är att när vätskan avdunstar sker en kraftig ökning av saltkoncentrationerna i avloppsvattnet. Detta kan orsaka att en tjock skorpa bildas ovanpå det fototermiska materialet, blockerar solljusabsorptionen och minskar destillationshastigheten dramatiskt.

Wang och kollegor tittade på hur salt utfälldes på platta, skivformade membran för att bättre förstå skorpbildning. Soldestillationsexperiment visade att den flerskiktade kiseldioxid-kol-kiseldioxidstrukturen i deras membran effektivt avdunstade rent vatten, men inte saltlake. Efter några timmar, saltkristaller dök upp vid skivans kanter, sprider sig så småningom till att täcka större delen av membranet, med undantag för själva centrum.

"När vi analyserade dessa bilder, vi fokuserade på de centrala områdena som alltid är avslöjade även med olika saltkoncentrationer, " säger Wang. "De hjälpte oss att inse att strukturell design kan vara nyckeln till högre prestanda, snarare än materialsyntes."

Med hjälp av en enkel modell, forskarna drog slutsatsen att den inre diametern på skorpringen kunde förutsägas utifrån saltlösningens saltkoncentration. De antog att genom att vika det platta membranet till en ny form - en 3D-kopp med en cirkulär bas exakt storleken på den saltfria zonen - kunde de få salter att fällas ut på koppens sida ovanför vätskegränsytan.

Tester med 3D-koppen gav anmärkningsvärda resultat:med optimerade höjd/bas-förhållanden, enheten återvann nästan 100 procent av saltlake som fast salt och kunde köras i dagar utan underhåll.

"Insikterna från detta arbete är ganska värdefulla när vi går framåt och bedömer hur 3-D solindunstare fungerar med riktiga avsaltningslösningar, säger Wang.