Grafen do odsalania

Wstęp

Obecnie ~ 1,2 miliarda ludzi na całym świecie cierpi na brak wody i jej negatywne konsekwencje dla zdrowia, żywności i energii. Z jednej strony wzrost liczby ludności, zwiększona industrializacja i większe potrzeby energetyczne, a z drugiej strony utrata śniegu, kurczenie się lodowców i tak dalej pogorszy tę sytuację w nadchodzących latach. Jak oszacowano przez Światową Radę Wody, liczba dotkniętych ludzi wzrośnie do 3,9 miliarda w nadchodzących dziesięcioleciach.

Jedno z najbardziej obiecujących podejść do złagodzenia niedoboru wody, odsalanie może zwiększyć zaopatrzenie wody poza to, co jest dostępne z cyklu hydrologicznego. Odsalanie wody morskiej rzeczywiście zapewnia nieskończoną, stałą dostawę wysokiej jakości wody, która nie szkodzi naturalnym ekosystemom słodkowodnym.

Woda morska obejmuje ogromne zapasy wody (97,5% całej wody na planecie). W ten sposób wzrost instalacji obiektów odsalania wody morskiej w ciągu ostatniej dekady w celu obejścia problemów z niedoborem wody w krajach stresowanych wodą szybko się rozwinął. W 2016 r. Globalna produkcja wody przez odsalanie oszacowano na 38 miliardów metrów sześciennych rocznie, to znaczy dwa razy wyższe niż w 2008 r.

Do tej pory odsalanie wody morskiej przeprowadzono głównie poprzez wielostopniowe destylację flash i odwróconą osmozę (RO). Głównie w suchych krajach Zatoki Perskiej, rośliny odsalania występują w oparciu o ogrzewanie, a następnie kondensując wodę morską. Tego rodzaju roślina odsalania zużywa duże ilości energii termicznej i elektrycznej, emitując w ten sposób gazy cieplarniane. Oprócz tej nieekonomicznej i nieskrępowanej wersji roślin odsalania, główny rodzaj zakładów odsalania zbudowany w ciągu ostatnich dwóch dekad, a także przyszłych planowanych, opiera się na technologii RO.

Filtry grafenowe: do 50 procent mniej energii

Po raz pierwszy izolowany w 2003 r. Grafen ma różne właściwości elektryczne, optyczne i mechaniczne niż grafit. [Jest silniejszy niż stal i ma unikalne właściwości przesiewania ”, mówi Grossman. Przy zaledwie grubości atomowej jest znacznie mniejsza utrata tarcia, gdy przepychasz wodę morską przez perforowany filtr grafenowy w porównaniu z filtrami z tworzywa sztucznego poliamidu, które były plastikowe Mówi, że używane przez ostatnie 50 lat.

[Wykazaliśmy, że perforowane filtry grafenowe mogą poradzić sobie z ciśnieniem wodnym roślin odsalania, jednocześnie oferując setki razy lepszą przepuszczalność ” - wyjaśnia Grossman. [Proces pompowania wody morskiej przez filtry reprezentuje około połowy kosztów operacyjnych zakładu odsalania. Z grafenem, Możemy wykorzystać 15 procent mniej energii dla wody morskiej i do 50 procent mniej energii dla słonawej wody ”.

Kolejną zaletą jest to, że filtry grafenowe nie są sfaulowane z wzrostem Bio w prawie szybkości, która występuje w przypadku filtrów poliamidu. Rośliny odsalania często działają ze zmniejszoną wydajnością ze względu na potrzebę często czyszczenia filtrów. Ponadto chlor używany do czyszczenia filtrów zmniejsza integralność strukturalną poliamidu, wymagając częstego wymiany. Dla porównania grafen jest odporny na szkodliwe działanie chloru.

Według Grossmana można łatwo zastąpić filtry poliamidowe filtrami grafenowymi w istniejących roślinach. Podobnie jak filtry poliamidowe, filtry grafenowe mogą być montowane na solidnych podporach polisulfonowych, które mają większe otwory, które situją cząstki cząstkowe.

Pozostają jednak znaczące wyzwania związane z obniżeniem kosztów. Grossman Group poczyniła znaczne postępy w tworzeniu dużych woluminów grafenu po dość niskim koszcie. Jednak poważniejszym wyzwaniem jest opłacalne szturmowanie jednolitych otworów w grafenie w wysoce skalowalny sposób.

[Typowa roślina ma dziesiątki tysięcy membran, skonfigurowanych w dwóch metrach o długości, z których każda ma 40 metrów kwadratowych zwiniętej membrany ”, mówi Grossman. [Musimy dopasować tę objętość przy tym samym koszcie lub IT lub IT lub IT lub IT. „Sa nonstarter”.

Tworzenie grafenu na taniej

Tradycyjnym sposobem na wykonywanie grafenu - od pierwszej izolacji w 2003 roku, pamiętaj - jest zerwanie go klejem. [Dosłownie bierzesz kawałek taśmy do grafitu i obierasz ” - wyjaśnia Grossman. [Jeśli nadal to robisz, ostatecznie skończysz z jedną warstwą. Problem polega na tym, że zdejmuje wystarczającą liczbę grafenów na odsalanie. zakład."

Innym podejściem jest [uprawia „grafen poprzez zastosowanie super gorących gazów do folii miedzianej. [Grafen zapewnia najlepszą jakość, dlatego branża półprzewodników jest tym zainteresowana”-mówi Grossman. Proces ten jest jednak bardzo drogi i energooszczędny.

Zamiast tego Grossman Group stosuje znacznie bardziej przystępne podejście chemiczne, które wytwarza wystarczającą jakość do tworzenia błon odsalania. [Na szczęście nasza aplikacja nie wymaga najlepszej jakości ”, mówi Grossman. [Za pomocą techniki chemicznej umieszczamy grafit w roztworze i stosujemy chemię niskiej temperatury, aby rozbić cały kawałek grafitu na prześcieradłach. Możemy dostać wiele grafenu bardzo tanio i szybko ”.

Tworzenie porów, które blokują sól, ale pozwalają przejść cząsteczki wody, jest bardziej silniejszym wyzwaniem. Powodem, dla którego odsalanie jest możliwe, jest to, że po rozproszeniu w wodzie jony soli wiążą się z cząsteczkami wody, tworząc w ten sposób większą byt. Ale różnica wielkości w porównaniu do cząsteczki wolnej wody jest wciąż frustrująco niewielka.

[Wyzwanie polega na znalezieniu słodkiego punktu około 0,8 nanometrów ”, mówi Grossman. [Jeśli twoje pory mają 1,5 nm, to zarówno woda, jak i sól przejdą. Jeśli one będą połową nanometru, to nic się nie przechodzi. "

Dziura 0,8 nm jest [mniejsza niż kiedykolwiek byliśmy w stanie zrobić w kontrolowany sposób z dowolnym innym materiałem ” - mówi Grossman. [I musimy to zrobić na bardzo dużym obszarze bardzo konsekwentnie i tanio.

Group Grossman realizuje trzy techniki wytwarzania nanoporowatych błon grafenowych, z których wszystkie wykorzystują energię chemiczną i cieplną, a nie procesy mechaniczne. [Gdybyś próbował użyć litografii, zajęłoby to lata ” - mówi Grossman. [Nasze pierwsze podejście polega na tym, aby otwory były zbyt duże, a następnie ostrożne wypełnienie ich. Kolejne próbuje uczynić je dokładnie odpowiednim rozmiarem, a trzeci obejmuje rozpoczęcie rozpoczęcia z materiałem bez otworów, a następnie ostrożnie go rozrywa. ”

Technika chemiczna tworzenia grafenu faktycznie wytwarza tlenek grafenu, który jest uważany za niepożądany dla półprzewodników, ale jest w porządku dla filtrów. W rezultacie naukowcy byli w stanie uniknąć trudnego etapu usuwania tlenu z tlenku grafenu. W rzeczywistości znaleźli sposób na wykorzystanie tlenu na swoją korzyść.

[Kontrolując sposób, w jaki tlen jest związany z arkuszem grafenowym, możemy wykorzystać energię chemiczną i cieplną do wiercenia otworów za pomocą tlenu ” - mówi Grossman.

Pierwszy cel: woda słonienna

Ponieważ Grossman Group nadal pracuje nad wyzwaniem produkcji i perforowania arkuszy grafenowych, Grossman chce wykorzystać inne korzyści z filtrów grafenowych, aby pomóc w wprowadzeniu technologii.

Chociaż grafen powinien poprawić wydajność w przypadku wody morskiej, a jeszcze bardziej solna, brudu woda stosowana w szczelinowaniu hydraulicznym, prawdopodobnie zadebiutuje w roślinach, która czysta słonienna woda, taka jak znaleziona w ujściach rzek. [Okazuje się, że wyższa przepuszczalność, nawet współczynnik dwóch lub trzech, wpłynęłaby na wodę słonawą niż z wodą morską ” - mówi Grossman. [W obu przypadkach obniżasz zużycie energii, ale bardziej w przypadku wody słoniennej”.

Filtry grafenowe mogą również umożliwić budowę mniejszych, tańszych roślin. [Dzięki Grafene masz więcej możliwości wyboru w zakresie obsługi zakładu ” - mówi Grossman. [Możesz zastosować te same ciśnienia, ale wyciągnąć więcej wody lub możesz je obsługiwać przy niższych ciśnieniach i uzyskać taką samą ilość wody, ale przy a przy a przy a przy a przy a przy a przy a przy a przy a przy a przy a przy a przy a przy a niższy koszt energii. "

Grossman zauważa, że ​​miejsce, a nawet dziesięciolecia, a nawet dziesięciolecia i zezwolić na roślinę na mocno zaludnionych obszarach przybrzeżnych. [Dużo wysiłku dotyczy tego, jak zamierzasz zbudować roślinę i gdzie znajdziesz wystarczającą ilość ziemi ” - mówi Grossman. [Mając opcję zbudowania mniejszej rośliny, byłaby dużą zaletą”.

Dyspersja Lina Banbury Sconer do mieszania i tworzenia Grefene

Lina New Type Banbury Dispersion Sneader został zaprojektowany dla Grefene, mamy dział grafenowy do obsługi technologii maszyn.