Nový materiál promění slanou vodu na pitnou během 30 minut  
Nová aplikace stále populárnějších kovových organických koster (MOF) umí divy s odsolováním a čištěním vody. Jeden kilogram MOFu PSP-MIL-53 vyrobí z mořské vody za jeden den téměř 140 litrů pitné vody. K regeneraci materiálu pro opětovné použití přitom postačí pár minut slunečního svitu.
Materiál MOF na snímku SEM mikroskopu. Kredit: CSIRO.
Materiál MOF na snímku SEM mikroskopu. Kredit: CSIRO.

Pitná voda je jedním ze zásadních zdrojů pro lidskou civilizaci. Navzdory neustávajícímu pokroku je ale stále na mnoha místech světa pitné vody nedostatek. Přitom žijeme na kontinentech a ostrovech, které jsou ze všech stran obklopené spoustou slané vody. Problém je ale s tím, jak z mořské vody dostat pryč většinu rozpuštěných látek.

 

Velmi slibné jsou v tomto ohledu podivuhodné koordinační polymery kovové organické kostry, známé jako MOF (podle anglického Metal-Organic Framework). Jsou totiž extrémně porézní a mají tím pádem fascinující velikost povrchu. S takovým materiálem je možné dělat nevídané věci, jako je například rychlé a velmi efektivní čištění mořské vody na vodu pitnou.

 

Huanting Wang. Kredit: Monash University.
Huanting Wang. Kredit: Monash University.

Huanting Wang z australské Monash University a jeho kolegové vyvinuli nový typ MOFu, který dostal označení PSP-MIL-53. Když se tenhle MOF dostane do slané či brakické vody, tak selektivně vychytává ionty a váže je na svém povrchu. Během 30 minut dokázal MOF PSP-MIL-53 snížit množství rozpuštěných pevných látek ve vodě (TDS, total dissolved solids) z 2 233 ppm (parts per million) pod 500 ppm. Světová zdravotnická organizace WHO přitom doporučuje jako limit pro bezpečnou pitnou vodu 600 ppm.

 

Monash University, logo.
Monash University, logo.

S touto technologií je možné získat téměř 140 litrů pitné vody na 1 kilogram MOFu za 1 den. Jakmile je MOF plný navázaných iontů, tak ho je možné rychle a snadno zregenerovat pro opakované použití. Stačí MOF PSP-MIL-53 umístit na místo ozářené Sluncem a během 4 minut jsou polapené ionty pryč. Výsledky experimentů ukazují, že nový MOF funguje rychleji než jiné technologie tohoto typu a že vyžaduje ke svému provozu mnohem méně energie.

 

Jak uvádí Wang, procesy založené na termálním odsolování mořské vody jsou náročné na energii, zatímco další technologie, jako je například reverzní osmóza, doprovází celá řada problémů, včetně velké spotřeby energie a nutnost používání chemikálií pro čištění membrán. Použití MOFu PSP-MIL-53, k jehož regeneraci postačí sluneční záření, podle Wanga představuje řešení, které je energeticky velmi úsporné a zároveň vstřícné vůči životnímu prostředí.

 

Literatura

Monash University 10. 8. 2020.

Nature Sustainability online 10. 8. 2020.

Datum: 24.08.2020
Tisk článku

Člověk a příroda ? Vzduch - kolektiv autorů
 
 
cena původní: 119 Kč
cena: 113 Kč
Člověk a příroda ? Vzduch
kolektiv autorů
Související články:

Zázrak jménem MOF: Zařízení na solární pohon vyždímá vodu ze vzduchu     Autor: Stanislav Mihulka (19.04.2017)
Umělá fotosyntéza požírá skleníkové plyny a vyrábí energii     Autor: Stanislav Mihulka (13.05.2017)
Nová technologie nabízí odsolování vody a těžbu lithia zároveň     Autor: Stanislav Mihulka (14.02.2018)



Diskuze:

Na prvni pohled pitomost

Jan Filippi,2020-09-16 03:36:10

a to si dovoluji napsat i pres to, ze o problematice nemam potuchy. Napriklad ani nevim, jaka je energeticka bilance, kdyz porovnam urcite mnozstvi soli nasycene vody se stejnym mnozstvim soli i vody, kde je sul vedle (a teplota a skupenstvi ...)
Rekl bych, ze to nemusi byt uplne malo, protoze vysusit svetr do more spadly neni easy. A to ma k nasycenemu roztoku more dost daleko.

Odpovědět

A jako vždy...

Tomáš Novák,2020-08-27 08:57:39

...jsou hlavní motivací nekřesťanská kvanta peněz.

Odpovědět

Opravte mne, raději bych se pletl.

Honza Šimek,2020-08-25 07:35:02

Co jsem tak pochopil princip, žádnou magii nevidím. Matrice z MIL-53 obsahuje poly(spiropyran-akrylát), který se během adsorpční fáze ve tmě nebo pod 250-380nm UV zářením nachází v merocyaninové zwitterionové formě schopné vázat ionty soli. Působením viditelného slunečního světla v regenerační fázi přechází zpět do spiropyranové formy a sůl pouští, ta je z filtru následně vymyta částí získané vody.

Možný problém vidím v uváděných číslech. 140 litrů vody za den (chtějí-li to napájet Sluncem, tak cca 12 hodin) odsolené z 2233 pod 500 ppm znamená zhruba 250 g soli. Při uváděné adsorpční kapacitě až 2,88 mmol/g, tedy zhruba 170 g soli na kilo filtru, by dané množství v uváděném příkladu vyčistili během dvou cyklů. Proto se mi zdá 30+4 minuty jako nadsazené číslo vycházející z nějakého idealizovaného případu, např. pouze při určité koncentraci, při minimální tloušťce a objemu filtru kvůli efektivnějšímu prosvícení, rychlosti průtoku filtrem nebo zanedbání ztráty účinnosti s blížícím se nasycením.

Co mi images.google dovoli, coby nepředplatiteli Nature, nahlédnout na obrázky v maličko vyšším rozlišení, zdá se, že poměr koncentrace soli a množství získané vody na jeden cyklus je lineární. Při 1000 ppm dostanu cca 82 litrů, při 35 000 ppm asi 2,5 l, tzn. při oněch 2233 ppm 37 litrů na cyklus a při 140 litrech za den 5 cyklů. Zhruba 1,5 l získané vody musím použít na výplach filtru. Pokud by těch 5 cyklů denně bylo praktické maximum, při 35 000 ppm bych dostal jen 5 l vody pro vlastní potřebu denně. A to je na KILOGRAM filtru.
Chápu, že masová výroba všechno zlevní, ale Sigma-Aldrich prodává MIL-53 za 240 000 Kč za 0,5 kg a spiropyran za 3 700 Kč za 1 g, takže minimálně ze začatku by ten filtr stál přes milion jen na materiálu.

Odpovědět

Ďábel se skrývá v detailech

Martin Prokš,2020-08-24 15:35:34

Dobrý den,

Jestli se nepletu, tak z textu vyplývá cyklus 30 minut provozu + 4 minuty slunce. A za 24 hodin 140 litrů. Tedy za jeden 34 minutový cyklus = 3.3 litru na jeden cyklus.

Nevím kolik hmotnosti je 2233 ppm soli v 3,3 litrech vody (na částice je to jen 2.2 promile), ani zda je to realistická slanost vody (jsem trochu skeptik, realistickou slanost bych čekal kolem 20000 ppm -asi proto mluví o braktické vodě). Respektive v Jaderském poli je slanost cca 35 promile. Tedy 35 g/kg slané vody. Tedy na těch 3.3 litru by to znamenalo, že za půl hodiny to vychytá cca 80-100 g soli. To znamená, že 1 kg té kovové pěny během 30 minut absorbuje 80-100 g iontů soli a zase za 4 minuty na slunci (asi dodáním energie ve formě tepla a světla) ji je schopen vyloučit... To mi přijde hodně krásné/optimistické.

Ad voda k pití. No k přímému pití to být úplně nemusí, zemědělství spotřebuje vody také mraky. A užitkové vody k mytí ať už lidí nebo nádobí a splachování záchodů naše moderní "rozežraná" společnost také potřebuje násobně více než k samotné přímé spotřebě pití a jídlu. V tomto směru tyto technologie mají velký smysl, i když nebudou dokonalé.

Odpovědět


Re: Ďábel se skrývá v detailech

Jiří Hart,2020-08-24 20:00:43

No on je ale celý článek postaven tak, že se jedná o vodu pitnou. To rozhodně není a rozhodně by bez hořčíku, draslíku a dalších nezbytných prvků nesplnila žádnou normu. Jedná se o tzv. hladovou vodu, která do svého rovnovážného stavu bude odebírat minerály z těla se všemi negativními důsledky....
A splachovat, což je jednoznačně největší odběr vody lze i vodou brakickou....

Odpovědět


Re: Re: Ďábel se skrývá v detailech

Zdenek Vachler,2020-08-25 12:43:02

Ale zase je mnohem jednodušší a levnější mít tabletu nezbytných prvků a hodit ji do kanystru "hladové vody", než tam dovážet pitnou...

Odpovědět


Re: Ďábel se skrývá v detailech

Florian Stanislav,2020-08-26 00:33:50

Článek :"Během 30 minut dokázal MOF PSP-MIL-53 snížit množství rozpuštěných pevných látek ve vodě (TDS, total dissolved solids) z 2 233 ppm (parts per million) pod 500 ppm. Světová zdravotnická organizace WHO přitom doporučuje jako limit pro bezpečnou pitnou vodu 600 ppm."
Hlavní složkou mořské vody s asi 3,5% hmotnostních ( = 35 promile hmotnostních= např 35 000 mg solí v 1 000 000 mg = 35 g solí v 1 kg roztoku, což je jasné na první ránu) solí je NaCl s 2,2% hmotnostních = 22 g NaCl/ 1 kg roztoku
Pro NaCl 2 233 ppm částic je 2,2 částic NaCl na 1000 všech částic., tedy 2,2 promile částic. Molární hmotnost NaCl je 58,44g/mol, molární hmotnost dalších méně zastoupených solí (KBr, K2SO4 CaCl2 atd) je vyšší. Počítám 60 g/mol.
v 1000 částicích ( molekulách roztoku, nepočítám rozdělení na ionty) , který obsahuje 3,5 % solí je poměr hmotností
(3,5*60)/ (996,5*18) = 210/17937 =0,0117, to odpovídá 1,17 % hmotnostních solí.
Voda slaná s 2 233 ppm částic je tedy už si ze 2/3 odsolená. Zjednoduším to, odsolením asi na 500 ppm bude obsahovat asi 0,16 % solí. Z nichž většina bude NaCl, tedy asi 100 mg NaCl na 100 g roztoku, čili 1 000 mg/ litr. Poděbradka je hodně slaná, má asi 510 mg NaCl na litr. Čili 2 x méně.
Takže voda není demineralizovaná ( hladová) ani tak slaná, že by byla nepitná. Dobrá mineralizovaná voda by měla mít řekněme 150 mg Ca2+ + Mg2+ a málo soli NaCl.

Odpovědět

Tulipány

Josef Sysel,2020-08-24 11:35:48

Když si z toho Holanďani postaví Velkou holandskou zeď budou moc bydlet na hausbótech a místo tulipánů pěstovat pstruhy. :D

Odpovědět

Pitná?

Jiří Hart,2020-08-24 11:22:44

Obávám se že poté desalinaci ta voda rozhodně nebude pitná. Já jednou na Kanárských ostrovech pil s takto upravené vody kafe a vyplynul jsem ho. To nebylo k pití. Na vytvoření aspoň přibližně pitné vody je potřeba další poměrně složitá úprava. Tohle se hodí tak na zalévání kytek.

Odpovědět


Re: Pitná?

Jiří Hart,2020-08-24 11:24:42

Oprava, z mobilu to je děs psát.
z a vyplivnul.

Odpovědět

Radovan Slegl,2020-08-24 10:57:01

Zní to moc optimisticky.....a nějak si neumím představit mechanismus regenerace...kam se to ztratí? Zákon zachování hmotnosti mi s tím nějak nejde dohromady.

Odpovědět

A ionty jsou pryč ...

Ludvík Urban,2020-08-24 10:23:05

1 kg MOF -> 140 litrů pitné vody -> během 4 minut jsou polapené ionty pryč

Ehm, polapených iontů by tedy mělo být skoro půl kila na jedno kilo MOF. To půjde do vzduchu?
Asi ano, vždyť se tam píše "vstřícné vůči životnímu prostředí".

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace