Российские химики успешно модифицировали мембраны для очистки морской воды
Команда базовой кафедры неорганической химии и материаловедения ИОНХ РАН имени Н. С. Курнакова факультета химии НИУ ВШЭ разработала принципиально новый тип гибридных ионообменных мембран. Подобные мембраны применимы для получения пресной питьевой воды из морской, что особенно актуально для территорий, где есть выход к морю, но питьевой воды не хватает.
Исследование опубликовано в журнале Desalination. Для очистки воды в водоочистительных механизмах используются мембранные фильтры. На сегодняшний день это самые прогрессивные системы фильтрации. Тем не менее современные мембраны еще не способны полностью очищать морскую воду от избыточной концентрации солей.
Морская вода содержит смесь солей: в ней присутствуют положительно заряженные частицы — катионы (натрия (Na+), кальция (Ca2+)) — и отрицательно заряженные частицы — анионы (хлориды (Cl—), сульфаты (SO42-)). В зависимости от вида мембраны она может пропускать катионы или анионы. Однако в обоих процессах будет наблюдаться некоторая избирательность: например, мембрана лучше пропускает натрий, чем кальций, — такую особенность называют селективностью. Большинство анионообменных мембран селективны именно к двухзарядным анионам: сульфатам (SO42-) или карбонатам (CO32-).
Такие анионы с большей вероятностью вступают в реакцию и выпадают в осадок, что в промышленных масштабах приводит к выходу из строя установок по водоочистке из-за образования осадков солей в модулях концентрата. Поэтому получение анионообменных мембран, селективных к однозарядным анионам (хлоридам Cl—, нитратам NO3-), — важное направление промышленной водоподготовки.
Команда исследователей факультета химии НИУ ВШЭ и ИОНХ РАН разработала новый подход к получению анионообменных мембран, селективных к однозарядным ионам. Ученые проводили эксперименты с готовыми мембранами. Для улучшения свойств мембраны в ее поры ввели фосфат церия с кислыми фосфатными группами в структуре. Благодаря тому, что он плохо растворяется в воде, в питьевую воду не попадают частицы, а мембраны работают дольше.
Модификации проводились в два этапа. Сначала поверхность мембран обработали раствором соли церия, затем солью фосфорной кислоты. Химическая реакция между солями привела к образованию наночастиц фосфата церия, поверхность которого заряжена отрицательно. В растворе морской воды также присутствуют отрицательно заряженные частицы. Сталкиваясь друг с другом, эти отрицательные частицы отталкиваются.
Причем по закону Кулона: чем выше величина их заряда, тем сильнее частицы будут отталкиваться друг от друга. Так, сульфаты с зарядом -2 будут отталкиваться от пор мембраны с частицами фосфата церия сильнее, чем, например, однозарядные хлориды. Это, по мнению исследователей, одна из причин повышения селективности таких мембран к однозарядным анионам. В ходе работы ученые варьировали число циклов и время обработки, а также концентрацию реагентов.
Чтобы выяснить, какая из мембран наиболее селективна к однозарядным ионам, исследователи провели эксперименты по обессоливанию смеси растворов хлорида и сульфата натрия. Наилучший результат показала модифицированная мембрана с одним циклом обработки каждым из реагентов в течение 10 минут: значение селективности к хлоридам улучшилось на 55 процентов по сравнению с исходной коммерческой мембраной.
«Мы предложили довольно эффективный и недорогой способ получения анионообменных мембран, надеемся, что в будущем их можно будет применять для обессоливания морской воды. Сейчас в рамках работы научно-учебной группы «Композиционные материалы для охраны окружающей среды» мы пытаемся применить аналогичную методику модификации к другому типу мембран», — комментирует один из авторов статьи, студент факультета химии НИУ ВШЭ Андрей Манин.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Звезды типа Солнца в конце жизни превращаются в пульсирующего красного гиганта, а потом – в белого карлика. Ранее считали, что на этом этапе их планеты становятся слишком холодными, ведь белый карлик светит слабо. Новые наблюдения показали, что все намного сложнее и планета может даже прибавить свою температуру. Примерно в 80 световых годах от Земли лежит белый карлик WD 1856. Хотя он всего вдвое легче Солнца, по размерам близок к нашей планете (примерно на треть больше). За счет этого у него огромная плотность, поэтому, несмотря на отсутствие в нем термоядерных реакций (топливо уже кончилось), поверхность этой «мертвой» звезды разогрета почти до пяти тысяч градусов.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно