دستاورد پژوهشگران ایرانی برای حذف نمک از آب دریا

محمد حیرانیان و امیر یراتی فریمانی، دو پژوهشگر ایرانی مقیم ایالت متحده موفق شدند از ماده‌ای جدید به عنوان غشا برای جذب ذرات نمک موجود در آب شور استفاده کنند. میزان کارایی این غشا جدید به مراتب بیشتر از شیوه‌های رایج است.

با وجود اینکه حجم قابل توجهی از سطح زمین با آب پوشیده شده است، اما درصد بسیار اندکی از آن قابل نوشیدن بوده و بیشتر آن شور و غیر قابل استفاده است. با این وجود، در سال‌های اخیر شیوه‌های مختلفی برای نمک زدایی از آب دریا طراحی شده است. اصلی‌ترین مانع در این مسیر، یافتن موادی است که کارایی زیادی برای این انجام فرآیند داشته باشند.

دو عامل اصلی، جلوی کارایی بالای مواد مختلف را می‌گیرند. نخستین عامل، انرژی مورد نیاز برای انجام فرآیند نمک زدایی است و دومی نیز گرفته شدن سطح غشا و از کار افتادن خاصیت جذب نمک آن است.

بیشتر شیوه‌های تصفیه آب شور بر فرآیندی که در اصطلاح «اُسمُز معکوس» نام دارد استوارند. در این شیوه، آب شور با فشار به سمت یک لایه نازک پلاستیکی رانده می‌شود و به این ترتیب، ذرات نمک و یا برخی اجرام در حفره‌های ریز این لایه به دام افتاده و آب شیرین از آب عبور می‌کند.

با این وجود، میزان آب به دست آمده از این شیوه بسیار محدود است. همچنین با وجود اینکه حفره‌های مذکور بسیار ریز هستند، اما باز هم برای تصفیه آب در سطح مولکولی بسیار بزرگ بوده و در نتیجه باید فشار زیادی ایجاد شود تا آب بتواند از این حفره‌ها عبور کند.

به همین دلیل، فرآیند اسمز معکوس بسیار پرهزینه و نیازمند صرف انرژی زیاد است. همین امر سبب می‌شود که این شیوه کارایی چندانی نداشته باشد. افزون بر نیاز به مصرف زیاد انرژی، گرفتگی سطح این غشا نیز مشکل دیگری است که سبب کاهش میزان کارایی این شیوه می‌شود.

به این ترتیب اگر بتوان ماده‌ای با کارایی بالاتر پیدا کرد، میزان بهره‌وری این شیوه تصفیه آب به صورت قابل توجهی افزایش می‌یابد.

یکی از اقدامات برای افزایش میزان آب خروجی، کاهش قطر غشا است، زیرا در این صورت به انرژی کمتری نیاز داریم. به همین دلیل در چند سال اخیر پژوهشگران به بررسی غشاهایی با قطری در ابعاد نانومتر پرداختند و برای نمونه موادی نظیر گرافین را مورد مطالعه قرار دادند. اما ماده‌ای همچون گرافین با آب واکنش می‌دهد و در نتیجه نمی‌توان به راحتی آب پاک به دست آورد.

این تیم پژوهشی پیش از نیز به بررسی دی سولفید مولبیدن (MoS2) پرداخته بود. این بار این تیم با استفاده از محاسبات صورت گرفته توسط ابررایانه، به این نتیجه رسید که یک غشای تک لایه‌ای از این ماده می‌تواند کارایی به مراتب بیشتری نسبت به گرافین داشته باشد و دلیل این مساله نیز قطر، ساختار حفره‌ها و نیز خواص شیمیایی آن است.

مولکول دی سولفید مولبیدن دارای یک اتم مولیبدن است که در میان دو اتم گوگرد قرار دارد. به این ترتیب، یک لایه دی سولفید مولبیدن دارای روکشی از گوگرد در دو طرف و البته مولیبدن در وسط خود است. این تیم پژوهشی به این نتیجه رسید که ایجاد حفره‌هایی ریز در سطح این لایه سبب می‌شود که مولیبدن با آب در تماس باشد.

محمد حیرانیان، پژوهشگر اصلی در این تحقیق در تشریح اهمیت این ماده می‌گوید: « دی سولفید مولبیدن دارای مزیت‌هایی نسبت به مولیبدن در جذب آب است و وجود گوگرد در طرفین نیز سبب می‌شود میزان حرکت آب به داخل این حفره‌ها افزایش یابد. در واقع به خاطر خواص شیمیایی دی سولفید مولبیدن، کار تصفیه به مراتب ساده‌تر از انجام این کار با گرافین است»

لایه دی سولفید مولبیدن به خاطر نازک بودن نیازمند انرژی کمتری است. افزون بر این، دی سولفید مولبیدن ماده‌ای مستحکم بوده و می‌تواند فشار زیاد آب را تحمل کند.

این پژوهشگران قصد دارند در ادامه فعالیت خود، با شرکت‌های مختلف همکاری کرده و میزان کارایی این شیوه را به صورت عملی و در مقایسه با غشاهای معمولی پلاستیکی مورد ارزیابی قرار دهند. دی سولفید مولبیدن ماده‌ای جدید به شمار می‌رود و به همین دلیل، این تیم پژوهشی بر این باور است که می‌تواند عملکرد آن را به شیوه‌های مختلف افزایش داد و کاربردهای مختلفی از آن به عمل آورد.

امیر براتی، دانشجوی فوق دکترا در دانشگاه استنفورد و یکی از پژوهشگران این تیم درباره این پژوهش می‌گوید «فناوری نانو می‌تواند نقش قابل توجهی در کاهش هزینه‌های تصفیه خانه های آب شور و کاهش مصرف انرژی آنها داشته باشد» او با اشاره به کمبود آب در بسیاری از مناطق دنیا، بر این باور است که بهره وری بالای این فناوری می‌تواند به افزایش بازگشت سرمایه و در نتیجه گسترش این شیوه کمک کند.

این پژوهش به تازگی در نشریه Nature Communication منتشر شده است. 

No tags for this post.