Recent onderzoek gepubliceerd in een paper in TECHNOLOGIE rapporteerde een nieuw ontwerp van een opschaalbare nanoporeuze membraancentrifuge (zie figuur 1 (a), (B), (C), en (d)) voorgesteld voor ontzilting met omgekeerde osmose, met proof of concept gedemonstreerd door grootschalige moleculaire dynamische simulaties.

Op nanomaterialen gebaseerde scheidingsmembraantechnologie is geprezen als de game-changer in ontziltingstechnologie, echter, er zijn twee grote obstakels om dit in echte toepassingen te voorkomen:(1) de opschalingsuitdaging, d.w.z. hoe je een ontziltingsmachine op macroschaal maakt met een nanoporeus membraan, en (2) het vervuilingsprobleem, d.w.z. hoe te voorkomen dat Na+ en Cl- ionen de poriën op nanoschaal blokkeren zonder veel energie te verbruiken. In dit werk, een team van onderzoekers, voornamelijk bestaande uit afgestudeerde en niet-gegradueerde studenten van de University of California-Berkeley, hebben een ingenieus ontwerp gemaakt van een opgeschaalde ontziltingscentrifuge (zie figuur 1) die is versierd met een poreus membraan op nanoschaal. De poreuze membraanpleisters op nanoschaal maken deel uit van de meerschalige poriestructuur op de centrifugewand (zie figuur 1 (e) en (f)), zodat het gemakkelijk kan worden vervaardigd voor ontzilting op industriële schaal.

Bovendien, in dit werk, we hebben een grootschalige moleculaire dynamica-simulatie uitgevoerd om het moleculaire mechanisme van het ontziltingsproces aan te tonen, het leveren van het proof of concept van het nieuwe ontwerp. De moleculaire dynamica-simulatie heeft overtuigend aangetoond dat de middelpuntvliedende kracht de osmosekracht in evenwicht kan brengen en de stuwkracht kan leveren van water dat door poriën op nanoschaal filtert. Verder, door de roterende vloeistof in de centrifuge te behandelen als de Couette-stroom, de kritische hoeksnelheid van de centrifuge wordt voor het eerst afgeleid voor een dergelijke klasse van ontziltingsmachines of centrifuges. De resultaten van de moleculaire dynamica-simulatie staven de kritische hoeksnelheid die is afgeleid van de vloeistofmechanica op continuümschaal.

Belangrijker, het onderzoeksteam heeft geconstateerd dat er tijdens de simulatie bijna geen vervuiling is voor de ontziltingscentrifuge (zie figuur 2). Het blijkt dat de ionenconcentratie niet stijgt bij het naderen van de membraanwand, in plaats daarvan, het gaat naar beneden, vanwege de combinatie-effecten van de Coriolis-kracht en zoutafstoting van de grafeenmembraanwand, wat wijst op een groot potentieel voor een dergelijke nano-poreuze membraancentrifuge. Het rapport zal worden gepubliceerd in het tijdschrift van maart 2018 TECHNOLOGIE . Als PI van het project, Professor Shaofan Li van UC Berkeley, zei,

"Te midden van problemen met de klimaatverandering en de duurzaamheid van water en energie, de voorgestelde nanomembraancentrifuge is een baanbrekende ontziltingstechnologie met een zelfreinigend mechanisme en een aanzienlijk verbeterde energie-efficiëntie. Onze voorlopige resultaten geven aan dat de grafeenmembraancentrifuge een groot potentieel heeft om op te schalen en het model wordt voor de volgende generatie industriële ontziltingsapparatuur.''