مدل سازی غشاء آب شیرین‌کن با همکاری محقق ایرانی
غشاء طراحی شده توسط محمد حیرانیان، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه ایلینویز و همکارانش از یک لایه نازک نانومتری دی‌سولفید مولیبدن (MoS2) با سوراخ‌های کوچک ساخته شده که نانوحفره نام دارد. این غشاء که آب تمیز را به درون خود کشیده و نمک و دیگر ترکیبات آن را فیلتر می‌کند، همچنین دارای نیروی بالقوه ساخت نیروگاههای آب شیرین‌کن با بهره‌وری انرژی خیلی بالا است.
محمد حیرانیان، دانشجوی کارشناسی ارشد و مولف اول این پژوهش اظهار کرد: مولیبدن موجود در مرکز غشاء، آب را جذب کرده و سپس گوگرد در طرف دیگر آن را کنار می‌زند، بنابراین میزان بسیار بالای آب از طریق منافذ عبور می‌کند. این خاصیت ذاتی شیمی MoS2 و هندسه منافذ است، بنابراین ما ناچار به کاربردی کردن منفذ که یک فرآیند بسیار پیچیده با گرافن است، نیستیم.
با توجه به گزارش انجمن بین‌المللی شیرین کردن آب، نیروگاههای آب شیرین‌کن که حجم بالایی از آب دریا را به آب شیرین تبدیل می‌کنند، در حال حاضر در بیش از 150 کشور اعمال می‌شوند که اکثر آن‌ها با تکیه بر فرآیندی به نام اسمز معکوس، که شامل وارد کردن آب از طریق یک غشاء برای فیلتر کردن نمک و دیگر ناخالصی‌ها است، انجام می‌شود.
استاد نارایانا آلورو، رهبر این پژوهش اظهار کرد: اسمز معکوس، فرآیندی بسیار گران بوده و برای انجام آن، نیروی بسیار زیادی مورد نیاز است. همچنین به دلیل انسداد غشاء و شکست خوردن آن، روش موثری نیست. از این رو ما برای جلوگیری از شکست خوردن مکرر غشا می‌خواهیم آن را ارزان‌تر و کارآمدتر کنیم. ما همچنین نمی‌خواهیم فشار زیادی را برای بدست آوردن جریان بالای آب اعمال کنیم.
مهندسان از ابر‌رایانه Blue Waters دانشگاه ایلینویز برای اثبات عملکرد بهتر یک ورق تک لایه از MoS2 نسبت به رقبای فعلی خود مانند گرافن استفاده کردند. در واقع، محققان دریافتند که غشاء MoS2 می‌تواند آب را تا 70 درصد بیشتر از غشای گرافن فیلتر کند.
MoS2 از یک اتم مولیبدن که بین دو اتم گوگرد قرار گرفته، ساخته شده است، بنابراین یک ورق MoS2 یک لایه منفرد از مولیبدن به ضخامت اتم را که بین یک پوشش از اتم گوگرد قرار گرفته است، در هر دو طرف می‌بیند.
این محققان، منافذ کوچکی را در ورق ایجاد کردند و حلقه‌های مولیبدن را در اطراف مرکز هر منفذ قرار دادند. با توجه به خواص ذاتی جذب آب مولیبدن، این منفذ به عنوان یک نازل عمل می‌کند که آب از طریق آن کشیده می‌شود.
به گفته محققان، MoS2 یک ماده بسیار قوی است، بنابراین حتی یک ورق بسیار نازک آن می‌تواند در برابر فشارها و حجم آب مورد نیاز نیروگاههای آب شیرین‌کن قرار گیرد.
این هنوز یک ماده نسبتا جدید است، اما محققان بر این باورند که تکنیک‌های ساخت و هزینه‌ها با افزایش تقاضا برای خواص MOS2 با عملکرد بالا، بهبود می‌یابد.
این گروه اکنون در حال توسعه آزمایش‌های بیشتر برای بررسی میزان بقای غشای جدید به عنوان یک فیلتر آب شیرین‌کن هستند، همچنین میزان مسدود شدن آن که یک مشکل عمده برای غشاء پلاستیکی موجود است.
به گزارش ایسنا، تحقیقات این گروه در مجله Nature منتشر شده است.
No tags for this post.
