Исследователи из Университета Пенсильвании разработали новую методику опреснения воды, которая не требует больших затрат электроэнергии и потенциально способна разрешить проблему нехватки питьевой воды в засушливых регионах планеты.
Методика основывается на известной технологии емкостной деионизации. В ней воду опресняют, электрохимически отделяя ионы солей; к двум сторонам элемента с проточным электролитом (солевым раствором, который предстоит очистить) подводят электроды, которые улавливают ионы из раствора соли, когда цепь замыкается и в ней возникает электрический ток. Периодически меняя направление тока в цепи, можно постепенно избавиться от большинства солей в растворе и сделать воду пригодной для питья.
Емкостная деионизация не требует дорогих осмотических мембран, а количество электроэнергии, затрачиваемое на опреснение, относительно мало, поэтому этот метод постепенно становится популярнее других методик опреснения. К недостаткам этого способа относится медленное удаление соли из раствора при рекомендуемом вольтаже (1,2 вольт). Увеличение напряжения ускоряет адсорбцию солей, но одновременно приводит к нежелательным реакциям в растворе и необратимой коррозии электрода.
В методике, предлагаемой инженерами из Университета Пенсильвании, элемент с проточным электролитом состоит из двух частей — каналов, разделенных мембраной и подсоединенных каждый к одному из двух одинаковых электродов из гексацианоферрата (II) меди (II). Мембрана пропускает только анионы (при электролизе раствора соли — только ионы хлора), поэтому ионы Cl- из обоих каналов оседают на аноде, а катионы натрия переходят на катод только из одного канала. В результате вода, протекающая по каналу, расположенному возле катода, опресняется, а концентрация солей в потоке возле анода, наоборот, растет по сравнению с исходной.
Такая система позволила снизить необходимое для эффективной адсорбции напряжение до 0,6 вольт; это вдвое ниже обычного напряжения в установках для емкостной деионизации и позволяет избавиться от нежелательных побочных реакций и сэкономить электроэнергию при удовлетворительной скорости очистки воды.
К другим достоинствам своей экспериментальной опреснительной установки авторы работы, опубликованной в Environmental Science & Technology Letters, относят удобство в обращении. Однако систему еще предстоит доработать, сделав ее пригодной для опреснения насыщенных солевых растворов, таких как морская вода; пока система справляется только с умеренно соленой технической водой.
Пресной воды на планете меньше, чем соленой (3% и 97% соответственно), большая часть пресной воды недоступна, потому что заключена в ледниках Арктики и Антарктики. По данным ООН, около 783 миллионов жителей планеты не имеют доступа к чистой воде; эта проблема решается отчасти за счет очистки сточных вод и опреснения морской воды и грунтовых вод.