Ingenieurs aan de Universiteit van Californië, Riverside heeft een nieuwe manier ontwikkeld om bijna 100 procent van het water terug te winnen uit sterk geconcentreerde zoutoplossingen. Het systeem zal watertekorten in droge gebieden verminderen en zorgen over de verwijdering van pekel met een hoog zoutgehalte verminderen, zoals hydraulisch breekafval.

Het onderzoek, dat de ontwikkeling van een op koolstof nanobuisjes gebaseerd verwarmingselement omvat dat de terugwinning van zoet water tijdens membraandestillatieprocessen enorm zal verbeteren, werd vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie . David Jasby, een assistent-professor chemische en milieutechniek in UCR's Bourns College of Engineering, leidde het project.

Terwijl omgekeerde osmose de meest gebruikelijke methode is om zout uit zeewater te verwijderen, afvalwater, en brak water, het is niet in staat om sterk geconcentreerde zoutoplossingen te behandelen. dergelijke oplossingen, pekel genoemd, worden in enorme hoeveelheden gegenereerd tijdens omgekeerde osmose (als afvalproducten) en hydrofracturering (als geproduceerd water), en moeten op de juiste manier worden verwijderd om milieuschade te voorkomen. In het geval van hydraulisch breken, geproduceerd water wordt vaak ondergronds afgevoerd in injectieputten, maar sommige studies suggereren dat deze praktijk kan leiden tot een toename van lokale aardbevingen.

Een manier om pekel te behandelen is membraandestillatie, een thermische ontziltingstechnologie waarbij warmte waterdamp door een membraan drijft, waardoor verdere waterwinning mogelijk is terwijl het zout achterblijft. Echter, hete pekel is zeer corrosief, waardoor de warmtewisselaars en andere systeemelementen duur zijn in traditionele membraandestillatiesystemen. Verder, omdat het proces afhankelijk is van de warmtecapaciteit van water, enkelvoudige terugvorderingen zijn vrij laag (minder dan 10 procent), wat leidt tot ingewikkelde vereisten voor warmtebeheer.

"In een ideaal scenario thermische ontzilting zou de terugwinning van al het water uit pekel mogelijk maken, een kleine hoeveelheid van een vaste stof achterlatend, kristallijn zout dat kan worden gebruikt of weggegooid, ' zei Jassby. 'Helaas, huidige membraandestillatieprocessen zijn afhankelijk van een constante aanvoer van hete pekel over het membraan, wat de waterterugwinning over het membraan beperkt tot ongeveer 6 procent."

Om hierin verbetering te brengen, de onderzoekers ontwikkelden een zelfverwarmend op koolstof nanobuisjes gebaseerd membraan dat alleen de pekel aan het membraanoppervlak verwarmt. Het nieuwe systeem verminderde de warmte die nodig was in het proces en verhoogde de opbrengst van teruggewonnen water tot bijna 100 procent.

Naast de aanzienlijk verbeterde ontziltingsprestaties, het team onderzocht ook hoe de toepassing van wisselstromen op het membraanverwarmingselement degradatie van de koolstofnanobuisjes in de zoute omgeving zou kunnen voorkomen. specifiek, een drempelfrequentie werd geïdentificeerd waar elektrochemische oxidatie van de nanobuisjes werd voorkomen, waardoor de nanobuisfilms gedurende aanzienlijke tijd kunnen worden gebruikt zonder prestatievermindering. Dankzij de inzichten die dit werk oplevert, kunnen op koolstof nanobuisjes gebaseerde verwarmingselementen worden gebruikt in andere toepassingen waar de elektrochemische stabiliteit van de nanobuisjes een punt van zorg is.