Hybridní membrána destiluje mořskou vodu s vysokou účinností  
Předělat mořskou vodu na pitnou není úplně snadné. Jednou z možností je destilace přes membránu, která se ovšem neobejde bez komplikací. Korejský tým použil koaxiální elektrospinning a vytvořil hybridní membránu z polymeru PVDF-HFP a aerogelu oxidu křemičitého. Taková membrána funguje měsíc, aniž by došlo k podstatnému poklesu její účinnosti.
Přes hydrofobní membránu neprojde kapalná voda, ale vodní pára ano.  Grafický abstrakt. Kredit: Woo et al. (2021) /Elsevier.
Přes hydrofobní membránu neprojde kapalná voda, ale vodní pára ano. Grafický abstrakt. Kredit: Woo et al. (2021) /Elsevier.

Na zemském povrchu je docela hodně vody. Většina se ale nedá pít, ani není možné s ní zalévat plodiny. Proto je ve světě mohutná poptávka po odsolovacích technologiích, které stále ještě stále nejsou dotažené do všeobecně uspokojivé podoby. Odsolovací technologie mohou být různé, s čímž se pojí i jejich uplatnění, přednosti i slabiny.

 

Yunchul Woo. Kredit: Y. Woo.
Yunchul Woo.
Kredit: Y. Woo.

Jednou z možností je destilace mořské vody přes membránu. Právě na ni se soustředil tým odborníků korejského institutu Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT). Při tomto postupu je mořská voda oddělená hydrofobní membránou od sladké vody. Slaná voda je zahřívána a sladká voda zůstává chladná. Přes hydrofobní membránu neprojde kapalná voda, ale vodní pára ano. Díky tomu je možné získat sladkou vodu z mořské vody.

 

Uvedený postup čelí několika komplikacím. Klíčový problém je v tom, že se na zmíněné membráně hromadí soli a další sloučeniny, což může měnit její hydrofobní vlastnosti. Nakonec může docházet k průsakům slané vody skrz membránu, což je pochopitelně nežádoucí. V takovém případě je nutné membránu vyměnit.

 

Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (logo). Kredit: KICT.
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (logo). Kredit: KICT.

Yunchul Woo a jeho spolupracovníci vytvořili pokročilou membránu, přičemž využili elektrospinning, čili postup, který je využívaný při tvorbě nanovláken. Membránu vyrobili s pomocí koaxiálního elektrospinningu, který je založený na zpracování dvou různých materiálů do výsledného produktu. V tomto případě šlo o fluoropolymer PVDF-HFP a aerogel z oxidu křemičitého. Hrubý povrch polymeru odpuzuje vodu, zatímco aerogel oxidu křemičitého funguje jako tepelný izolant a pomáhá udržovat slanou vodu horkou a sladkou vodu na druhé straně membrány zase chladnou. To přispívá k udržení membrány v činnosti.

 

Badatelé testovali hybridní membránu po dobu 30 dní. Po této době si membrána udržela schopnost odfiltrovat 99,99 procent soli z mořské vody. To je mnohem déle než u jiných podobných membrán z nanovláken, u nichž obvykle začíná prosakovat slaná voda už po cca 50 hodinách. Woo je přesvědčen, že by jejich membrána mohla obstát jak v pilotních, tak i v praktických aplikacích.

 

Literatura

KICT via Newswise 29. 6. 2021.

Journal of Membrane Science 623: 119028.

Datum: 06.07.2021
Tisk článku

Související články:

Grafenové nanosíto udělá z mořské vody pitnou     Autor: Stanislav Mihulka (04.04.2017)
Nová technologie nabízí odsolování vody a těžbu lithia zároveň     Autor: Stanislav Mihulka (14.02.2018)
Nový materiál promění slanou vodu na pitnou během 30 minut     Autor: Stanislav Mihulka (24.08.2020)



Diskuze:

Napájeti žíznivé membránovým destilátem = jako žíznivé disidenty z žalářů vykupovati a napájet je stále větším množstvím ohnivých destilátů

Josef Hrncirik,2021-07-08 10:44:42

Oslové (korejští?) tvrdí dokonavě, že slaná voda je zahřívána. Je to pravda jen cyklicky pro stejné moře, ale s jinou vodou. Sladkou vodu určitě destilace (jmenovitě kondenzace a kontaktní přenos tepla mezi intimně dotýkajícími se vodami) oddělenými pouze 0,14 mm tlustou porézní membránou nenechává chladnou. Na dotyčné membráně se určitě nehromadí soli, protože se odpaří jen zanedbatelné množství vody z tekoucího proudu, který by dokázal rozpustit 10x více soli, aby se nasytil. Mořská voda má tlak par cca jen 98% tlaku čisté vody. Aby z mořské vody 60°C došlo ke kondenzaci do čisté vody, sladká voda by musela by být chladnější o cca 0,4°C; při 20°C o cca 0,33°C; Kondenzační teplo vody při cca 40°C odpovídá formálně jejímu ohřevu /ochlazení o cca 576°C .
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738820316008 tvrdí, že destilací mezi 60°C a kondenzací do 20°C získali cca 11 l destilátu/m2.h při mořském 60°C toku 12000 l/m2.h a stejným chlazením pitivem. K ohřevu tohoto mořiva (mořstva) o 40°C je zapotřebí cca 12 M.4,18.40 = 2 GJ, tj příkonu cca 556 kW, řekněme při praktické účinnosti postačí 1 MW dodaný plochou min cca 4500 m2 slunečních kolektorů celodenního průměru.
Na výrobu 1 l této ohnivé vody je zapotřebí udržovat v chodu celodenně min. cca 4500 m2/24.11 = 17 m2 slunečních kolektorů, ale Přístroj není zapotřebí. Stačí mít 38 cm2 membrány v celodenním provozu. Pochopitelně i s čerpadly a tepelnými izolacemi zajištujícími prohnání nutných použitých 1030 l mořiva i pitiva (chladiva). Pitivo dobře vychlazené sáláním do Vesmíru z nočních ohřevo-chladících kolektorů bude záhodno izolovat před ztepláním hlavně v nesálajících rozvodech.
Na zdraví!
Nekupte To!!

Odpovědět


Re: Kdož i jen pouhou myšlénkou s graphenem obcují, možná získají grant, ale do roka a do dne se najisto zblázní, což však možnost grantu získání velmi přibližuje

Josef Hrncirik,2021-07-08 17:33:09

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738820316008 tvrdí, že měřená membrána plochy 20 cm2 tlouštky 0,14 mm měla pórovitost cca 90%. Tortuositu neuvádí. U převážně otevřené vláknité struktury asi bude menší než 2, tj. křivost a proměnlivost průřezu brzdí transport max. cca 2x. V době postfaktické pochopitelně neuvádí složení použitého fluorovaného kopolymeru Kynar Powerflex LBG. To se nedá ani odhadnout ani z uvedených měření poměrů Si/C či Si/F v obr. 5, kde uváděné hodnoty jsou pro možné poměry mísení polymeru a plniva naprosto surrealistické. Není uveden ani stupeň silanolizace vysoce hydrofobního použitého aerogelu.
Pro pobavení chemiků je uvedeno foto plamene kahanu žhnoucího v tomto aerogelu. Pokud by byl silanolizovaný k extrémní hydrofobicitě, vzplál by jasným plamenem se silným bílým dýmem SiO2. Pokud odhadneme zastoupení PVDF a ?PFTE cca 1/1 hmotnostně je hustota cca 1,94 g/ml a formálně membrána má hustotu cca 0,194 g/ml a plošnou hmotnost při tlouštce 0,14 ml jen 27 g/m2 a určitě tedy vyžaduje podpůrnou a těsnící strukturu a pochopitelně tepelné izolace. Odhadněme, jak testovací zařízení využilo teplotní spády ve vodstvech a jakou tlakovou ztrátu mělo. Na 20 cm2 membrány bylo nadestilováno cca 11 l/h.m2 tj. 0,255 mg vody/s při průtoku 6,7 ml/s pro mořivo i pitivo. Samotná destilace ochladila (ohřála) tyto proudy o cca 0,255*576/(1000.6,7) = 0,022°C.
V článku je tepelná vodivost membrány uvedena 0,018 SI. Asi není důvod aby byla při hustotě membrány 0,1 g/ml menší než u PS pěny hustoty 0,03. Rozumný odhad je tedy jako pro PS pěnu cca 0,03 SI. Tepelný tok přes 20 cm2 membrány tl. 0,14 mm vyvolaný teplotním spádem cca 40°C bude 20/(10000).,03.40/(1,4/10000) = 17,1 W měnících teplotu proudů vodstev o parazitních 17,1/(4,18.6,7) = 0,61 °C. Sálání přidá max. 0,5 W podobně jako destilace. Místo potenciálního teplotního rozdílu 60-20 = 40°C tedy test průměrně využil rozdíl zmenšený o cca ½ změn na teplé i chladné straně tj. 40- 0,022 – 0,61 - 0,022 = 39,35°C. Přestože v aparatuře byly termočlánky na vstupech a výstupech vodstev, výsledky umožňující kontrolu nebyly uvedeny. Pokusné elektronanozvlákňování vyrábí cca 83 cm2 membrány/h. Měřící cela měla rozměr 77x26x3mm v protiproudém zapojení. Pokud kanálek jednotlivých proudů byl tlustý 1,5 mm a šíře 26 mm, při průtoku cca 6,7 ml/s by byly tlakové ztráty při průměrných cca 40°C jen cca 14 Pa v 1 proudu a ztracený výkon cca 0,1 W celkem. Oproti tepelným tokům zanedbatelné. I při použití maximálního rozdílu teplot k destilaci je využití tepla špatné 0,022°C/0,61°C = 3,6%. Pokud by protiproud využil cca ½ teplotních rozdílů, zkratový tepelný proud konduktancí by byl poloviční.
Hybná síla procesu mezi teplotami 60-20°C je úměrná rozdílu tenzí par vody 149 torr-18 torr = 129 torr v optimystické fázi měření zkušební celou 60°C/20°C. Při návrhu protiproudů se spádem cca 20°C počáteční hybná síla bude cca 71% při 60°C/40°C. Při 50°C/30°C 46% a na výstupu 40°C/20°C 28%. Polovina potenciálu tepla je pak však přímo nevyužita již z návrhu protiproudu s rozdílem teplot jen 20°C. Pokud si mohu dovolit parazitní ztrátu tepla úměrnou cca 20°C, pak mohu použít až 20.2/0,65.2 = 615 cm2 celu, protože kondenzační příkon je zanedbatelný. Změna hybné síly podél protipoudu však průměrně nedá 50% ale kupodivu ještě cca 48% maximální hybné síly. Asi lze nasadit i větší využití teplotního rozdílu, roste však nutná plocha membrány a účinnost destilace určitě nebude větší než ½ z limitních 3,6% v maximálním rozdílu teplot. Pro získání 1 l destilátu tedy potřebujeme cca 55 násobek jeho výparného tepla a zdánlivě žádný Přístroj. Stačí pouhých 37,5 kWh odpadního tepla pro vypití 1 l ohnivého destilátu špatně vychlazeného na 40°C a samozřejmě totéž množství tepla musíte nenápadně vytrousit do okolí maximálně při 40°C.
Hodně štěstí!
Na zdraví!!

Odpovědět


Re: Re: To by v tom byl zakopaný pitbul, aby žíznivý Ujgur většího výtěžku destilátu třeba i pomocí ruční vývěvy z UNRA nedosáhl!

Josef Hrncirik,2021-07-09 12:24:22

I v článku 10.1016/j.memsci.2016.07.049 se jihokorejský team tradičně úspěšně vrhne na superhydrofobní membránu připravenou elektrospiningem ze stejného polymeru, stejně nepopsaného, tentokrát však neplněnou hydrofobizovaným aerogelem, ale vědecky nadějným, avšak vysoce návykovým a intelektuálně zhoubným graphenem.
Článek nikterak nápadně nevystupuje z dané již dosti nudné seriálové řady. Pouze v suplementech je uvedeno několik teoretických vztahů o transportu páry membránou. Velmi silnou upoutávkou na ně je rovnice 3 v hlavním textu, kde se zázračně ztratila hybná síla, rozdíl parciálních tlaků vody na horké a studené straně (Ph – Pc). Stejný vtip je úspěšně opakován i v r. 4. V tab. S3 jsou uvedeny vztahy pro odpory proti přenosu hmoty membránou v oblasti knudsenovské a molekulární difúze ev. i vliv škodlivé vzduchové mezery za membránou. Projevuje se však již psychotoxicita graphenu a odkazy na škodlivý tepelný bypass z přímé tepelné kondukce nejsou v hluboké ataraxii ani naznačeny, natož uvedeny hodnoty tepelných vodivostí strukturou alespoň u plynné fáze.
Bez graphenu je jasné, že potřebujeme zvýšit hodnotu podílu difúzního koeficientu vodní páry v ev. škodlivém plynu v pórech. Náhrada vzduchu vodíkem či heliem by dočasně pomohla, ale nikoliv řádově a hlavně škodlivé tepelné vodivosti. Difúzní koef. páry ve směsi je nepřímo úměrný tlaku, zatímco tepelná vodivost plynu na tlaku nezávisí. Chce to tedy snížit tlak a revolučně zabavit a prodat membrány a přejít na vakuovou destilaci. Aparatura bude robustní, zbavíme se zbytečně velkého neužitečného tepelného zkratu a přenos tepla při varu a kondenzaci nebude příliš brzděn zbytečným inertem. Přístroj Vám však velmi často bývá též zabavován. Pokud by v aparatuře docházelo k varu reálně jen při 50°C a ke kondenzaci při 30°C je hybný rozdíl tlaku par vody cca 93 – 32 torr = 61 torr = cca 8,1 kPa což odpovídá cca rozdílu hnacích výšek nezabublinkovaného vroucího zřídla cca 0,8m , napěněné mamutky i více než 1,5 m, což je dosti vášnivý kotel (nočník). I kdyby to byl vzhledem k tlakovým ztrátám při transportu par jen cca metr, po počátečním rozjezdu pomocným čerpadlem by tato parní velkopalírna byla k nezastavení.
Vhodné by snad bylo ze zóny chladiče trvale odvádět vzduch přivedený netěstnostmi či jako rozpuštěný, třeba i ujgurskou ruční vývěvou.
Možná by rozdíl 60-20°C utáhl i vícestupňovou odparku a tím násobně zvýšil využití tepla a spotřebu ohnivé vody místo graphene.

Odpovědět


Re: Re: Re: To by v tom byl zakopaný pitbul, aby žíznivý Ujgur většího výtěžku destilátu třeba i pomocí ruční vývěvy z UNRA nedosáhl!

Pavel K2,2021-07-10 18:34:49

Já tedy musím vyjádřit obdiv, nejvíc mě dostala ta úmyslná hrubka, měnící smysl slova. Píšete to střízlivý, nebo pod vlivem (a čeho)? Máte nějaké stránky nebo blog?

Odpovědět

Aka je vyhoda oproti klasickej destilacii?

Radoslav Porizek,2021-07-07 20:02:24

Z clanku som nepochopil, aka je vyhoda tejto membrany oproti klasickej destilacii: kvapalinu vyparim a nasledne skondenzujem. Pride mi, ze v obidvoch pripadoch je najvacsim problemom energia, ktorou treba zohriat kvapalinu, aby sa vyparila.

Odpovědět


Re: Aka je vyhoda oproti klasickej destilacii?

Oldřich Medvědovič,2021-07-07 21:16:15

Tlak páry pod hladinou vody při síle membrány. Nepřekonává se skupenské teplo. Něco jako destilace ve vakuu.

Odpovědět


Re: Re: Aka je vyhoda oproti klasickej destilacii?

Josef Hrncirik,2021-07-08 08:09:14

Ví o Tom Rudolf Jelínek?

Odpovědět


Re: Aka je vyhoda oproti klasickej destilacii?

Josef Hrncirik,2021-07-08 08:10:49

Výhodou je, že není zapotřebí Přístroj.

Odpovědět

destilace?

Pavel Nedbal,2021-07-06 20:56:36

Skupenské teplo vody 2257kJ/kg dodat a pak zase odebrat. No to je pěkný žrout energie. Reverzní osmóza si vezme určitě méně, není liž pravda?

Odpovědět


Re: destilace?

Josef Hrncirik,2021-07-08 08:18:40

RO teoreticky spotřebuje jen cca 0,7 kWh na získání 1 m3 pitné vody odsolením mořské.

Odpovědět



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