Een nieuw destillatieapparaat kan verontreinigingen die door een ontziltingsinstallatie worden geproduceerd beter recyclen om afval drastisch te verminderen.

Wanneer zeewater wordt gezuiverd met membranen voor omgekeerde osmose, een vloeibare pekel met zouten en andere onzuiverheden komt vaak direct in het milieu terecht. Strenge regelgeving dwingt ontziltingsinstallaties nu om de principes van nullozing van vloeistoffen toe te passen om dit afvalwater te behandelen. huidige technologieën, echter, vertrouwen op dure elektrische of thermische behandelingen om de pekel te concentreren.

Een duurzamere aanpak wordt nu onderzocht door Peng Wang en collega's van het Water Desalination and Reuse Center van KAUST. Het team ontwikkelt fotothermische destillatie-apparaten op zonne-energie die zonlicht in warmte kunnen omzetten. Wanneer geplaatst op een typisch monster van vloeibare pekel, deze fotothermische apparaten kunnen water verdampen met een energie-efficiëntie van 90 procent.

Een probleem met het gebruik van zonnedestillatie-apparaten om schoon water te isoleren van pekel is dat wanneer vloeistof verdampt, er een sterke toename is van de zoutconcentraties in het effluent. Hierdoor kan zich een dikke korst vormen bovenop het fotothermische materiaal, het blokkeren van zonlichtabsorptie en het drastisch verminderen van de distillatiesnelheid.

Wang en collega's keken hoe zout neersloeg op vlakke, schijfvormige membranen om korstvorming beter te begrijpen. Zonnedestillatie-experimenten toonden aan dat de meerlagige silica-koolstof-silica-structuur van hun membranen efficiënt zuiver water verdampte, maar geen pekel. Na een paar uur, zoutkristallen verschenen aan de schijfranden, uiteindelijk uitspreiden om het grootste deel van het membraan te bedekken, met uitzondering van het centrum.

"Toen we deze beelden analyseerden, we hebben ons gericht op de centrale gebieden die altijd onbedekt zijn, zelfs met verschillende zoutconcentraties, ", zegt Wang. "Ze hebben ons geholpen te beseffen dat structureel ontwerp de sleutel kan zijn tot hogere prestaties, in plaats van materiële synthese."

Met behulp van een eenvoudig model, de onderzoekers concludeerden dat de binnendiameter van de korstring kon worden voorspeld uit de zoutconcentratie van de pekel. Ze veronderstelden dat door het platte membraan in een nieuwe vorm te vouwen - een 3D-beker met een cirkelvormige basis met de exacte grootte van de zoutvrije zone - ze zouten zouden kunnen laten neerslaan aan de kant van de beker boven het vloeistofgrensvlak.

Tests met de 3D-cup leverden opmerkelijke resultaten op:met geoptimaliseerde hoogte/basisverhoudingen, het apparaat won bijna 100 procent van de pekel als vast zout en kon dagenlang zonder onderhoud werken.

"De inzichten uit dit werk zijn behoorlijk waardevol naarmate we verder gaan en beoordelen hoe 3D-zonneverdampers presteren met echte ontziltingspekel, " zegt Wang.