Graphen zur Entsalzung

Einführung

Derzeit leiden ~ 1,2 Milliarden Menschen auf der ganzen Welt unter einem Wassermangel und seinen nachteiligen Folgen für Gesundheit, Nahrung und Energie. Einerseits wird das Bevölkerungswachstum, eine erhöhte Industrialisierung und den größeren Energiebedarf und andererseits die Schneeschmelze, die Schrumpfung der Gletscher usw. diese Situation in kommenden Jahren verschlechtern. Wie vom World Water Council geschätzt, wird die Zahl der betroffenen Menschen in den kommenden Jahrzehnten auf 3,9 Milliarden Anstieg steigen.

Eine der vielversprechendsten Ansätze zur Linderung des Wassermangels, Entsalzung, kann die Wasserversorgung über das, was aus dem hydrologischen Zyklus verfügbar ist, übertreffen. Die Meerwasserentsalzung bietet in der Tat eine unendliche, stetige Versorgung mit hochwertigem Wasser, das natürliche Süßwasserökosysteme nicht schadet.

Das Meerwasser umfasst eine enorme Wasserversorgung (97,5% des gesamten Wassers auf dem Planeten). Daher ist das Wachstum der Installation von Meerwasserentsalzungsanlagen in den letzten zehn Jahren zur Umgehung von Wasserknappheitsproblemen in wasserbetonten Ländern schnell fortgeschritten. Im Jahr 2016 wurde die globale Wasserproduktion durch Entsalzung auf 38 Milliarden Kubikmeter pro Jahr geschätzt, dh zweimal höher als die 2008.

Bisher wurde die Meerwasserentsalzung hauptsächlich durch mehrstufige Blitzdestillation und Umkehrosmose (RO) durchgeführt. In den ariden Persischen Golfländern sind Entsalzungsanlagen auf der Grundlage des Erhitzens und dann auf dem Kondensat von Meerwasser ab. Diese Art von Entsalzungsanlage verbraucht große Mengen an thermischen und elektrischen Energie, wodurch Treibhausgase ausgiebig emittiert werden. Zusätzlich zu dieser nicht wirtschaftlichen und nicht ecofrifipply-Version von Entsalzungsanlagen basieren die in den letzten zwei Jahrzehnten konstruierte Art der Entsalzungsanlagen auf der RO-Technologie.

Graphenfilter: bis zu 50 Prozent weniger Energie

Graphen wurde erstmals 2003 isoliert und hat unterschiedliche elektrische, optische und mechanische Eigenschaften als Graphit. [Es ist stärker als Stahl und hat einzigartige Siebeigenschaften “ In den letzten 50 Jahren verwendet, sagt er.

[Wir haben gezeigt, dass perforierte Graphenfilter den Wasserdruck von Entsalzungsanlagen verarbeiten können und gleichzeitig eine bessere Permeabilität von Hunderten mal besser anbieten " Wir könnten 15 Prozent weniger Energie für Meerwasser und bis zu 50 Prozent weniger Energie für Brackwasser verbrauchen. "

Ein weiterer Vorteil ist, dass Graphenfilter mit fast der Geschwindigkeit, die bei Polyamidfiltern auftritt, nicht mit Biowachstum verschmutzt werden. Entsalzungsanlagen laufen häufig mit reduzierter Effizienz, da die Filter häufig gereinigt werden müssen. Darüber hinaus reduziert das zum Reinigen der Filter verwendete Chlor die strukturelle Integrität des Polyamids und erfordert häufigen Ersatz. Im Vergleich dazu ist Graphen resistent gegen die schädlichen Auswirkungen von Chlor.

Laut Grossman können Sie leicht Polyamidfilter durch Graphenfilter in vorhandenen Pflanzen ersetzen. Wie bei Polyamidfiltern können Graphenfilter auf robusten Polysulfon -Stützen montiert werden, die größere Löcher haben, die Partikel herausstellen.

Es bleibt jedoch erhebliche Herausforderungen bei der Senkung der Kosten. Die Grossman -Gruppe hat gute Fortschritte bei der Schaffung hoher Bände an Graphen zu einem angemessenen Kosten erzielt. Eine ernsthaftere Herausforderung besteht jedoch darin, auf sehr skalierbare Weise einheitlich einheitliche Löcher in das Graphen zu stöbern.

[Eine typische Pflanze hat Zehntausende von Membranen, die in zwei Meter langen Röhrchen konfiguriert sind, von denen jeweils 40 Quadratmeter aufgerollte aktive Membran enthält ", sagt Grossman. "Sa nonstarter."

Graphen billig machen

Die traditionelle Art, Graphen zu machen - seit seiner ersten Isolation im Jahr 2003, besteht darin, es mit Klebstoff abzuziehen. [Sie nehmen buchstäblich ein Stück Klebeband zu Graphit und Sie schälen " Pflanze."

Ein weiterer Ansatz besteht darin, [Graphen zu wachsen, indem sie Superhot-Gase auf Kupferfolie anwenden. [Wachstum von Graphen bietet die beste Qualität, weshalb die Halbleiterindustrie daran interessiert ist “, sagt Grossman. Der Prozess ist jedoch sehr teuer und energieintensiv.

Stattdessen verwendet die Grossman -Gruppe einen viel günstigeren chemischen Ansatz, der eine ausreichende Qualität zur Schaffung von Entsalzungsmembranen erzeugt. [Glücklicherweise erfordert unsere Anwendung nicht die beste Qualität " von Graphen sehr billig und schnell. "

Das Erstellen von Poren, die Salz blockieren, aber Wassermoleküle passieren lassen, ist eine steilere Herausforderung. Der Grund, warum Entsalzung in erster Linie möglich ist, ist, dass sich Salzionen, wenn sie in Wasser in Wasser diffus, mit Wassermolekülen verbinden und dadurch eine größere Einheit erzeugt. Der Unterschied in der Größe im Vergleich zu einem freien Wassermolekül ist jedoch immer noch frustrierend klein.

[Die Herausforderung besteht darin, den Sweet Spot von etwa 0,8 Nanometern zu finden ", sagt Grossman. [Wenn Ihre Poren bei 1,5 nm liegen, wird sowohl das Wasser als auch das Salz durch. Wenn sie einen halben Nanometer haben, kommt nichts durch. "

Ein 0,8 -nm -Loch ist [kleiner als wir es jemals auf kontrollierbare Weise mit jedem anderen Material herstellen konnten ", sagt Grossman. [Und wir müssen dies über einen sehr großen Bereich sehr konstant und billig tun."

Die Grossman -Gruppe verfolgt drei Techniken, um nanoporöse Graphenmembranen herzustellen, die alle eher chemische und thermische Energie als mechanische Prozesse verwenden. [Wenn Sie versucht haben, Lithographie zu verwenden, würde es Jahre dauern ", sagt Grossman. [Unser erster Ansatz besteht mit einem Material ohne Löcher und dann vorsichtig auseinander riss. "

Die chemische Technik zur Herstellung von Graphen erzeugt tatsächlich Graphenoxid, das für Halbleiter als unerwünscht gilt, aber für Filter in Ordnung ist. Infolgedessen konnten die Forscher den schwierigen Schritt zum Entfernen des Sauerstoffs aus dem Graphenoxid vermeiden. Tatsächlich fanden sie einen Weg, den Sauerstoff zu ihrem Vorteil zu nutzen.

[Durch die Kontrolle der Art und Weise, wie der Sauerstoff an das Graphenblech gebunden ist, können wir chemische und thermische Energie verwenden, um die Löcher mit Hilfe des Sauerstoffs zu bohren ", sagt Grossman.

Erstes Ziel: Brackwasser

Während die Grossman Group weiterhin an der Herausforderung der Herstellung und Perforation von Graphenblättern arbeitet, möchte Grossman andere Vorteile von Graphenfiltern nutzen, um die Technologie auf den Markt zu bringen.

Obwohl Graphen die Effizienz mit Meerwasser und dem noch salzigeren, schmutzigeren Wasser beim hydraulischen Frakturing verbessern sollte, wird es wahrscheinlich in Pflanzen debütieren, die das Brackwasser reinigen, wie in Flussmündungen. [Es stellt sich heraus, dass eine höhere Permeabilität selbst um den Faktor zwei oder drei einen größeren Unterschied zu Brackwasser als mit Meerwasser machen würde ", sagt Grossman. [Sie senken den Energieverbrauch in beiden Fällen, aber mehr für Brackwasser."

Graphenfilter könnten auch den Bau kleinerer, billigerer Pflanzen ermöglichen. [Mit Graphen haben Sie mehr Auswahlmöglichkeiten in Ihrer Bedienung der Anlage " niedrigere Energiekosten. "

Grossman stellt fest, dass es Jahre oder sogar Jahrzehnte dauern kann, um ein Werk in stark besiedelten Küstengebieten zu ermöglichen. [Es gibt viel Aufwand, wie Sie das Werk bauen und wo Sie genug Land finden werden ", sagt Grossman. [Die Möglichkeit, eine kleinere Anlage zu bauen, wäre ein großer Vorteil."

Lina Banbury Dispersion Kneeter für Grephene Mischung und Herstellung

Lina New Typ Banbury Dispersion Kneader ist für die Grephene ausgelegt. Wir haben die Graphenabteilung, um die Maschinentechnologie zu unterstützen.