De afgelopen jaren, University of Illinois-onderzoeker Kyle Smith heeft zijn groeiende expertise op het gebied van waterontzilting bewezen, met een reeks onderzoeksresultaten die zouden kunnen inspelen op de onmiddellijke noodzaak om de afnemende schoonwaterbronnen over de hele wereld te bestrijden.

Nutsvoorzieningen, met een nieuwe publicatie en een nieuw onderzoeksproject gefinancierd door de National Science Foundation, hij blijft voortbouwen op zijn veelgeprezen werk om nieuwe methoden te ontwikkelen om zout water te deïoniseren.

De krant, "Effect van geleidende additieven op de transporteigenschappen van poreuze doorstroomelektroden met isolerende deeltjes en hun optimalisatie voor Faradaïsche deïonisatie, " deze week gepubliceerd in Wateronderzoek , toonde veelbelovende resultaten voor energie-efficiënte ontzilting van alternatieve waterbronnen. Smiths nieuwste werk, onder leiding van zijn promovendus Erik Reale, omvat deïonisatie-apparaten die omkeerbaar kationen kunnen opslaan en vrijgeven met behulp van intercalatiematerialen, een klasse van materialen die gewoonlijk worden gebruikt voor oplaadbare batterijen. Dit werk gaat in het bijzonder in op de uitdaging van cyclische intercalatiematerialen met hoge elektronensnelheden, ion, en vloeistoftransport, functies die moeilijk tegelijkertijd in één systeem te realiseren zijn.

Zijn team fabriceerde geoptimaliseerde elektroden met isolerende Pruisisch blauwe analoge deeltjes, en gebruikte ze in een experimentele kation-intercalatie-ontziltingscel (CID) met symmetrische elektroden. Ze waren getuige van de resultaten van een bijna 10-voudige toename van de snelheid van zoutverwijdering bij vergelijkbare energieverbruiksniveaus als eerdere CID-demonstraties.

"Hoge zoutverwijderingssnelheden zijn nodig in elektrochemische waterbehandelingsapparatuur omdat kleinere eenheden kunnen worden gebouwd om dezelfde totale productie van behandeld water te bereiken als zout sneller kan worden verwijderd. In die lijn van denken, de kapitaalkosten om een ​​systeem te bouwen zullen lager zijn voor een vast waterproductiviteitsniveau, " zei Smit.

In zijn nieuwe driejarige NSF-gefinancierde onderzoeksproject, "Ontzilting van minimale pekelafvoer mogelijk maken met behulp van intercalatiereacties, " Smith zal batterijmaterialen gebruiken om de beperking in de hoeveelheid afvalpekel die wordt geproduceerd tijdens waterontzilting met behulp van omgekeerde osmose (RO) te overwinnen. Pekelverwijdering heeft grote ecologische duurzaamheidsproblemen, inclusief verhoogde aardbevingen wanneer ze in de aarde worden geïnjecteerd en gevaar voor aquatische ecosystemen wanneer ze in watermassa's worden weggegooid. Terwijl de vorming van RO-pekel wordt bepaald door de gebruikte drukkracht (en dus mechanische beperkingen oplegt), Smith is van plan elektrische velden te gebruiken om zoutionen te concentreren, die, hij stelt voor, zou zouten kunnen concentreren tot niveaus in de buurt van verzadiging in oplossing.

De Universiteit van Illinois meldde eerder, in 2016, dat Smith de technologie had ontdekt die batterijen voor elektronische apparaten oplaadt, zoet water uit zoute zeeën zou kunnen leveren. Hij ontwikkelde een nieuw apparaat - een met zout water gevulde batterij waar elektriciteit doorheen loopt - dat water deïoniseerde met de minste hoeveelheid energie die op dat moment mogelijk was. Dit werk verdiende een plek in de top 10 van meest gelezen artikelen van de Tijdschrift van de Electrochemical Society anno 2016.

Net een jaar later, in 2017, Smith en zijn team gingen nog een stap verder met de ontzilting van zout water, focus op nieuwe materialen om de economische levensvatbaarheid en energie-efficiëntie van het proces te verbeteren in samenwerking met Wetsus, het Europees kenniscentrum voor watertechnologie. Ze creëerden een batterijachtig apparaat dat gebruikmaakt van elektroden gemaakt van een materiaal dat niet alleen natriumionen maar ook kalium kan verwijderen, calcium, magnesium, en andere - een belangrijke technologische verbetering omdat zout water en brak water vaak een mix van andere zouten bevatten, zoals kalium, calcium, en mangaanchloride. Dit werk is gepubliceerd in het tijdschrift Electrochimica Acta .

Het huidige experimentele werk volgt ook het werk dat is gepubliceerd door Smith en zijn studenten met behulp van computationele modellering van elektrochemisch transport om het ontwerp van op batterijen gebaseerde ontziltingscellen te begeleiden. Hun groep heeft onlangs ook kwantummechanische modellering gebruikt, gecombineerd met experimenten en thermodynamische analyse, om te begrijpen hoe de batterijmaterialen die in hun ontziltingscellen worden gebruikt natrium absorberen, evenals magnesium en calcium, op atomaire schaal.

Recenter, Smith won in 2018 de ISE-Elsevier-prijs voor toegepaste elektrochemie - een erkenning die volledig gebaseerd is op zijn wiskundige modellering van op batterijen gebaseerde ontziltingsapparaten, lithium-ion batterijen, en stroombatterijen.