Потребность в практических технологиях опреснения растет в контексте глобального изменения климата. Прибрежные районы, где подъем морской воды может нарушить и загрязнить водоносные горизонты грунтовых вод, представляют собой лишь одну область, вызывающую озабоченность. По словам исследователей, по мере увеличения потребности в сокращающихся источниках чистой воды возрастет потребность в опреснении слабоминерализованной солоноватой воды из внутренних и промышленных источников.Профессор механики и инженерии из Иллинойса Кайл Смит и его соавторы опубликовали исследование, демонстрирующее жизнеспособность этой аккумуляторной технологии в журнале Electrochimica Acta.
В предыдущем исследовании Смит и его соавторы использовали теоретическое моделирование, чтобы показать, что технология, используемая в натрий-ионных батареях, может эффективно опреснять морскую воду. Согласно их теории, при использовании электродов, содержащих ионы натрия и хлора, соль извлекается и удерживается в камере, отдельной от очищенной воды.
«В нашем новом исследовании мы сконструировали и экспериментировали с устройством, похожим на батарею, в котором используются электроды, сделанные из другого материала. Этот материал может удалять из солоноватой воды не только ионы натрия, но также ионы калия, кальция, магния и других», — сказал Смит. «Это важно, потому что соленая и солоноватая вода содержит не только хлорид натрия. Он часто находится в смеси с другими солями, такими как хлорид калия, кальция и марганца».
Новый материал является химическим аналогом соединения берлинской синей — интенсивного пигмента, используемого в чернилах для чертежей. По словам Смита, он работает, собирая и удерживая положительно заряженные ионы, такие как натрий, в своей кристаллической структуре.«Конкуренция между скоростью диффузии положительно заряженного иона внутри кристаллической структуры и объемом, в котором ионы могут храниться, создает структуру, подобную ловушке», — сказал Смит. «Они легко входят, но не могут выйти».
Существуют и другие материалы, которые могут обезопасить положительные ионы, но аналог берлинской голубой имеет дополнительное преимущество — его потенциально очень дешево получить.«Чтобы сделать такую технологию экономически целесообразной, она должна быть дешевой и, в идеале, иметь некоторую добавленную стоимость», — сказал Смит. «Показав, что наше устройство хорошо работает с водами с низкой соленостью, открылись двери для использования с внутренними солоноватыми водами и, возможно, с промышленными сточными водами».
Смит и его соавторы показывают, что количество удаляемой соли достаточно для демонстрации их концепции с использованием солоноватой воды. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, как удаление солей из морской воды с более высокой соленостью и сточных вод повлияет на эффективность использования энергии.