توسط : پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان با ارائه روش یکمرحلهای برای ساخت نانوغشای فوتوترمال اُمنیفوبیک، گامی مهم در بهبود فناوری تقطیر غشایی خورشیدی برداشتهاند. این دستاورد میتواند فرایند شیرینسازی آب را با مصرف حداقلی انرژی و هزینهای کمتر، متحول کند.
به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، گروهی از پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان موفق شدهاند نسل جدیدی از غشاهای فوتوترمال اُمنیفوبیک را با یک روش تکمرحلهای توسعه دهند؛ روشی که بهطور جدی میتواند مسیر طراحی غشاهای تقطیر را سادهتر، اقتصادیتر و سازگارتر با نیازهای صنعتی کند.
شیرینسازی آب با تقطیر غشایی
بحران جهانی آب و انرژی طی سالهای اخیر نشان داده که روشهای متعارف شیرینسازی آب، دیگر پاسخگوی نیازهای فزاینده جمعیت و صنایع نیستند. بسیاری از کشورها به دنبال توسعه فناوریهایی هستند که بتواند همزمان با مصرف حداقلی انرژی، آب سالم و قابل شرب تولید کند.
یکی از فناوریهای نوظهور در این حوزه، تقطیر غشایی با استفاده از انرژی خورشیدی است؛ روشی که میتواند تبخیر آب را بدون نیاز به سوختهای فسیلی انجام دهد و در عین حال کیفیت مطلوبی از جداسازی نمک و ناخالصیها ارائه کند.
با وجود این مزایا، عملکرد غشاهای مورد استفاده در این فرایند هنوز نیازمند ارتقاست و توسعه غشاهایی که در برابر آلودگی، ترشوندگی و شرایط خورنده مقاوم باشند، به یک ضرورت علمی و صنعتی تبدیل شده است.
اکنون در پژوهش جدید، محققان موفق به توسعه نسل نوینی از غشاهای فوتوترمال شدهاند. ایده محوری این تحقیق، رفع مشکلی بود که فناوریهای پیشین با آن مواجه بودند؛ ساخت این غشاها معمولاً شامل مراحل پیچیده و متعددی از افزودن اجزای فوتوترمال تا ایجاد ویژگیهای همهگریزی سطح بود. همین چندمرحلهای بودن، موجب افزایش هزینه و زمان تولید شده و پیادهسازی آن را در مقیاس صنعتی دشوار میساخت.
برای حل این چالش، پژوهشگران فرایند «ساخت غشا» و «اعطای ویژگیهای فوتوترمال و اُمنیفوبیک» را در یک مرحله ادغام کردند. آنها با طراحی دقیق شیمی سطح، زبری ساختار و ترکیب مواد، غشایی ایجاد کردند که در همان فرایند الکتروریسی، هم قابلیت جذب و تبدیل انرژی خورشید به گرما را داشت و هم رفتار همهگریز نسبت به آب و روغن را در تمام ساختار خود حفظ کرد.
نانوغشای فوتوترمال
در این دستاورد، فرایند ایجاد ویژگیهای فوتوترمال و همهگریزی سطح، بهطور کامل با ساخت غشا تلفیق شده است. پژوهشگران با استفاده از الکتروریسی محلول حاوی پلیوینیلیدنفلوراید (PVDF)، پلیپرفلورواکتیلآکریلات (PPFOA) و نانوذرات کربنبلک، غشایی تولید کردند که تحت تابش استاندارد خورشید، به شار عبوری ۲.۹۴ کیلوگرم بر مترمربع در ساعت و نرخ تبخیر ۱.۴۹ کیلوگرم بر مترمربع در ساعت دست یافته است. راندمان تبخیر این غشا نیز ۸۳.۵ درصد گزارش شده است.
انتخاب این ترکیب، نتیجه تحلیل دقیق رفتار سطحی، پایداری حرارتی و نیازهای عملکردی غشاهای تقطیر بوده است. پلیمر PVDF اسکلت اصلی غشا را تشکیل میدهد، PPFOA انرژی سطحی را بهشدت کاهش میدهد و نانوذرات کربنبلک وظیفه جذب نور و تولید گرما را بر عهده دارند. بهترین عملکرد زمانی به دست آمد که نسبت PPFOA به PVDF برابر ۶۰ درصد وزنی و مقدار نانوذرات کربنبلک ۱۵ درصد تعیین شد.
این غشای جدید از پایداری قابل توجهی در برابر آلودگی و ترشوندگی برخوردار است و در آزمونهای ۶۰۰ دقیقهای در تماس با محلول حاوی ۳.۵ درصد وزنی نمک و ۰.۸ میلیمولار سدیم دودسیلسولفات (SDS) عملکردی پایدار نشان داده است. ویژگی یکپارچه و همهجانبه این غشا باعث افزایش طول عمر و مقاومت آن شده است.
این روش علاوه بر بهبود عملکرد، فرایند تولید غشاهای پیشرفته را سادهتر، اقتصادیتر و سازگارتر با نیاز صنایع نمکزدایی میکند. همچنین، این نوآوری میتواند بهعنوان جایگزینی کارآمد برای غشاهای متعارف در فناوریهای شیرینسازی آب مورد استفاده قرار گیرد.
نتایج این پژوهش در مجله Chemical Engineering منتشر شده است.
