محققان به اطلاعات جدیدی از عملکرد غشاهای فیلتر آب دست یافتند

محققان با انجام مطالعه‌ای جدید توانستند بینش‌های جدیدی در مورد عملکرد غشاهای فیلتر آب کسب کرده و یک گام به تولید غشاهایی با بازدهی بیشتر نزدیک‌تر شدند.

غشای نمک زدایی (desalination membrane) همانطور که از نامش پیداست در نقش یک فیلتر برای آب شور عمل می‌کند. آب با عبور از این غشا فیلتر شده و برای مصارف مختلف مثل کشاورزی، تولید انرژی و شرب آماده می‌شود. این فرآیند در نگاه اول ساده است اما نکات پیچیده‌ای دارد که تا چندین دهه محققان را با سوالات مختلف روبرو کرده است. حال گروهی از محققان در تحقیقات جدید خود به بینش‌های تازه‌ای از عملکرد این فرآیند دست یافتند.

محققان دانشگاه پنسیلوانیا، دانشگاه تگزاس در آستین، دانشگاه ایالتی آیووا و شرکت صنایع شیمیایی Dow Chemical و DuPont Water Solutions یافته‌های جدید خود در رابطه با چگونگی فیلتر شدن مواد معدنی از آب توسط غشاها را منتشر کردند.

«انریکه گومز» (Enrique Gomez)، استاد مهندسی شیمی و دانش و مهندسی مواد از دانشگاه پنسیلوانیا و محقق اصلی تحقیق می‌گوید: «با اینکه سال هاست از غشاها برای فیلتر آب استفاده می‌کنیم اما چیزهای زیادی از چگونگی عملکرد غشاهای فیلتراسیون آب نمی‌دانیم. ما دریافتیم که کنترل توزیع چگالی غشا در ابعاد نانو در عملکرد تولید آب اهمیت زیادی دارد.»

محققان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی چندوجهی که تصویربرداری با جزئیات بالا از سطح اتم را با تکنیک‌های آشکارسازی ترکیبات شیمیایی ترکیب می‌کند، دریافتند غشاهای نمک زدایی از لحاظ چگالی و جرم با یکدیگر تفاوت دارند. محققان تفاوت در چگالی غشاها را روی لایه پلیمری در سه بعد با دقت حدوداً یک نانومتر (کمتر از نصف قطر یک زنجیره DNA) نقشه‌برداری کردند.

گومز می‌افزاید: «در فیلتر قهوه می‌توانید با چشمان غیرمسلح تراکم کمتر یا بیشتر برخی قسمت‌ها را ببینید. در غشاهای فیلتراسیون تمام قسمت‌ها یکسان هستند اما این یکسان بودن در ابعاد نانو نیست و چگونگی کنترل توزیع جرم نقش بسیار مهمی در فیلتراسیون آب دارد.»

محققان می‌گویند این یافته غافلگیرکننده است چرا که تاکنون تصور می‌شد هر چه غشا ضخیم‌تر باشد آب کمتری تولید می‌شود. اما گفته آنها ضخامت غشا اهمیتی نداشته و وجود یک چگالی منسجم در طول غشا برای بیشینه کردن تولید آب از اهمیت بیشتری برخوردار است. محققان اضافه می‌کنند که این تحقیق می‌تواند بازدهی غشاهای نمک زدایی را ۳۰ تا ۴۰ درصد افزایش دهد که به فیلتر آب بیشتر با انرژی کمتر و صرفه جویی در هزینه‌های فرآیندهای فعلی نمک زدایی منتهی خواهد شد.