将盐水变成饮用水的更有效方法

 
导电金属有机骨架(MOF)是用于水脱盐的新型膜。图片来源：卡内基梅隆大学Amir Barati Farimani，水资源短缺是世界范围内的主要问题。卡内基梅隆大学机械工程学助理教授阿米尔·巴拉蒂·法里玛尼(Amir Barati Farimani)说：“它影响到每个大陆。” “一年中至少有一个月有40亿人生活在严重缺水的条件下。全年有五十亿人生活在严重缺水的情况下。”
然而，即使人们在无法获得安全饮用水的情况下挣扎，但门外仍然有大量无法饮用的水。巴拉蒂·法里玛尼(Barati Farimani)说：“全世界71%的地表被海水覆盖。” “所以这是一个非常有趣的矛盾。”
为了解决这一问题，巴拉蒂Farimani一直专注于海水淡化他的研究。这是在咸的海水可以转化为淡水的过程。
有许多方法来淡化海水，但最有效的一种是膜法海水淡化。在这种方法中，水被推过带有小孔的薄膜。水流过毛孔，但盐离子不能流过，而另一侧只剩下淡水。
在他的最新研究中，巴拉蒂·法里玛尼(Barati Farimani)探索了一种新型膜的潜力，这种膜称为金属有机框架(MOF)。 “这些膜同时包含金属中心和有机化合物，” Barati Farimani说。有机化合物和金属以五边形形式连接，在中心留下一个孔，用作孔。巴拉蒂·法里玛尼(Barati Farimani)补充说：“如果你看着它们，它们就像蜂窝一样。”
有几个原因可以解释为什么框架是更有效的。首先，这是令人难以置信的薄。这是一个几个原子厚，这意味着有非常小的摩擦，因为水分子穿过的孔。
另外，孔的位置有助于渗透。 “如果没有相邻的毛孔，分子壁会承受巨大的压力，”巴拉蒂·法里玛尼(Barati Farimani)说。这使得海水淡化过程中效率较低。要理解为什么，试想一下，将水倒入漏斗。由于水被推向墙壁并被迫流过一个很小的空间，所以水在最后穿过孔的速​​度更慢。
在MOF，在另一方面，具有多个邻近的孔。 “墙面没有压力，”巴拉蒂·法里玛尼(Barati Farimani)说。 “这使他们有机会更轻松地穿过毛孔。”想象一下，这次通过过滤器倒水，它的移动速度更快，因为它有多个出口可以逃逸。
最后，财政部比其他材料更结构完整性。在大多数材料中，科学家必须钻一些小孔才能产生所需的孔，这限制了每个表面积可以产生的数量。 Barati Farimani说：“如果要制造很多毛孔，石墨烯或MoS2不能做到这一点。” “从结构上讲，他们无法承受压力。”
但是由于其蜂窝结构，MOF本质上是多孔的。这允许更高的孔与表面积之比。由于不需要钻孔，甚至不需要调整尺寸，因此还节省了时间和精力。
MOF与其他典型膜之间的区别非常明显，无论是水通过的速度如何，还是有多少离子被拒绝了。那只是看一些毛孔的模拟。一个脱盐厂，能有几十亿毛孔，成倍提高其效率。 “在一个大的经营规模，这将是巨大的，”巴拉蒂Farimani说。 “即使效率略有提高也将意味着巨大的飞跃。”
巴拉蒂·法里玛尼(Barati Farimani)关于他的研究的文章发表在《纳米快报》(Nano Letters)上。它增加了有关淡化海水的讨论，代表了该领域向前迈出的重要一步。
除了学术界之外，巴拉蒂·法里玛尼(Barati Farimani)希望他的研究能够对人们的生活产生影响。他说：“我们需要为许多贫困人口提供淡水，例如在非洲或其他地方。” “基本上，这是我们的使命-使能源效率如此之高，以至于我们到处都有海水淡化。”