Ingenjörer vid University of California, Riverside har utvecklat ett nytt sätt att återvinna nästan 100 procent av vattnet från högkoncentrerade saltlösningar. Systemet kommer att lindra vattenbrist i torra områden och minska farhågorna kring deponering av saltlösning med hög salthalt, såsom hydrauliskt sprickavfall.

Forskningen, som involverar utvecklingen av ett kolnanorörsbaserat värmeelement som avsevärt kommer att förbättra återvinningen av färskvatten under membrandestillationsprocesser, publicerades idag i tidskriften Naturens nanoteknik . David Jassby, en biträdande professor i kemi- och miljöteknik vid UCR:s Bourns College of Engineering, ledde projektet.

Även om omvänd osmos är den vanligaste metoden för att ta bort salt från havsvatten, avloppsvatten, och bräckt vatten, det är inte kapabelt att behandla högkoncentrerade saltlösningar. Sådana lösningar, kallade saltlösningar, genereras i enorma mängder under omvänd osmos (som avfallsprodukter) och hydraulisk sprickbildning (som producerat vatten), och måste kasseras på rätt sätt för att undvika miljöskador. Vid hydraulisk sprickbildning, producerat vatten slängs ofta under jorden i injektionsbrunnar, men vissa studier tyder på att denna praxis kan resultera i en ökning av lokala jordbävningar.

Ett sätt att behandla saltlake är membrandestillation, en termisk avsaltningsteknik där värme driver vattenånga över ett membran, möjliggör ytterligare vattenåtervinning medan saltet stannar kvar. Dock, heta saltlösningar är mycket frätande, vilket gör värmeväxlarna och andra systemelement dyra i traditionella membrandestillationssystem. Vidare, eftersom processen är beroende av vattnets värmekapacitet, återvinningen av engångspass är ganska låg (mindre än 10 procent), leder till komplicerade krav på värmehantering.

"I ett idealiskt scenario, termisk avsaltning skulle möjliggöra återvinning av allt vatten från saltlake, lämnar efter sig en liten mängd av ett fast ämne, kristallint salt som skulle kunna användas eller kasseras, " Sa Jassby. "Tyvärr, nuvarande membrandestillationsprocesser är beroende av en konstant matning av varm saltlösning över membranet, vilket begränsar vattenåtervinningen över membranet till cirka 6 procent."

För att förbättra detta, forskarna utvecklade ett självuppvärmande kolnanorörsbaserat membran som bara värmer upp saltlösningen vid membranytan. Det nya systemet minskade värmen som behövs i processen och ökade utbytet av återvunnet vatten till nära 100 procent.

Förutom den avsevärt förbättrade avsaltningsprestandan, teamet undersökte också hur appliceringen av växelström till membranvärmeelementet kunde förhindra nedbrytning av kolnanorören i saltlösningsmiljön. Specifikt, en tröskelfrekvens identifierades där elektrokemisk oxidation av nanorören förhindrades, vilket gör att nanorörsfilmerna kan användas under avsevärda tidslängder utan minskning av prestanda. De insikter som detta arbete ger kommer att tillåta kolnanorörsbaserade värmeelement att användas i andra applikationer där elektrokemisk stabilitet hos nanorören är ett problem.