Российские ученые улучшили мембраны для очистки и обессоливания воды

Результаты исследования опубликованы в журнале Desalination. С каждым годом доступность пресной воды снижается из-за ее интенсивного использования, загрязнений и слабого развития систем водоочистки в промышленности и бытовом секторе. За последние 20 лет объем пресной воды в расчете на человека сократился на 20 процентов, и в 2023 году, по данным ООН, 2,4 миллиарда людей живут в странах с нехваткой пресной воды.

Один из путей получения питьевой воды — опреснение морской. Для этого применяют разные устройства, в том числе ионообменные мембраны — тонкие селективные пленки, в структуре которых специфические химические группы определяют, какие ионы пропустить, а какие блокировать. При опреснении используют метод электродиализа: под действием электрического поля ионы с одинаковым зарядом переносятся через полимерную мембрану и концентрируются в специальной камере.

При этом ионы с разной величиной заряда мембрана пропускает избирательно, например хлорид-ионы (Cl-) — эффективнее, чем сульфаты (SO42-). Это свойство называют селективностью. Ученым важно правильно оценивать селективность мембран с учетом влияния внешних факторов, чтобы сделать будущие устройства для очистки эффективнее.

Химики из НИУ ВШЭ, Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова и Китайского университета науки и технологий провели эксперименты по обессоливанию с использованием двух мембран — коммерческой и экспериментальной, которую они послойно модифицировали полиэлектролитами с разными ионными группами. Также они создали компьютерную модель, позволяющую оценить селективность мембран к однозарядным ионам с учетом влияния экспериментальных факторов. Исследователи изучили влияние перемешивания, концентрации растворов, наличия предобессоливания, величины тока, а также различия между симметричной и асимметричной системами.

«Мы систематизировали методологию процесса обессоливания и показали, что реальные данные совпадают с теоретической моделью. Надеемся, что наша работа позволит лучше предсказывать свойства будущих мембран», — комментирует один из авторов статьи, студент факультета химии НИУ ВШЭ Андрей Манин.

Модифицированная учеными мембрана оказалась эффективнее коммерческой в экспериментах по обессоливанию растворов солей. Причем эффективность разделения возрастала с ростом концентрации растворов. В дальнейшем исследователи планируют разработать новые мембраны с улучшенной селективностью для различных электрохимических приложений, например для извлечения полезных компонентов из стоков промышленных производств. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ.

НИУ ВШЭ

301 статей

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — один из крупнейших и самых востребованных вузов России. В университете учится 54 тысячи студентов и работает почти 4,5 тысячи учёных и преподавателей. НИУ ВШЭ ведёт фундаментальные и прикладные исследования в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также креативных индустрий. В университете действуют 47 центров превосходства, или международных лабораторий. Вышка объединяет ведущих мировых исследователей в области изучения мозга, нейротехнологий, биоинформатики и искусственного интеллекта. Университет входит в первую группу программы «Приоритет-2030» в направлении «Исследовательское лидерство». Кампусы НИУ ВШЭ расположены в четырех городах — Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Перми, а также в цифровом пространстве — «Вышка Онлайн».

Показать больше