Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, Высшей школы экономики и Китайского университета науки и техники нашли способ увеличить специфическую селективность анионообменных мембран. Разработка поможет повысить качество водоподготовки в частном и промышленном секторе, позволит извлекать из воды ценные компоненты и улучшать экологические условия. Результаты исследования опубликованы в журнале Desalination.
С каждым годом доступность пресной воды снижается из-за ее интенсивного использования, загрязнения и слабого развития систем водоочистки в промышленности и в бытовом секторе. Один из путей получения питьевой воды — опреснение морской. Для этого применяют разные устройства, в том числе ионообменные мембраны — тонкие селективные пленки, в структуре которых специфические химические группы обеспечивают прохождение одних ионов и фильтрацию других. При опреснении используют метод электродиализа: под действием электрического поля ионы с одинаковым зарядом переносятся через полимерную мембрану, концентрируясь в одной из камер диализатора. Однако разработки в этом направлении во многом ограничены свойствами используемых мембранных материалов и возможностями промышленных установок. Процесс электродиализного разделения осложняется из-за предпочтительного переноса многозарядных ионов и обусловленного этим образование осадка в камерах диализатора. Поэтому не удается разработать замкнутые циклы водопользования: нужны дополнительные меры для утилизации отходов.
Работая по совместному проекту Российского научного фонда, международный коллектив исследователей провел эксперименты по обессоливанию воды на примере промышленной мембраны и мембраны, которая была модифицирована полимерными электролитами с разными ионными группами. Химики создали компьютерную модель, позволяющую оценить селективность мембран к однозарядным ионам и влияние на нее различных экспериментальных факторов. Модифицированная мембрана оказалась заметно эффективнее промышленной, что привело к повышению степени разделения одно- и двузарядных ионов в модельных растворах солей. Предложенный подход снижает риск образования осадка в модулях промышленных установок электродиализа.
«Полагаем, что данная работа поможет большому числу научных групп как в России, так и за рубежом лучше прогнозировать свойства новых высокоселективных ионообменных мембран», — прокомментировал исследование заведующий лабораторией ионики функциональных материалов ИОНХ РАН, академик РАН Андрей Ярославцев.
В дальнейшем российские и китайские авторы планируют продолжить плодотворное международное сотрудничество и разработать новые эффективные мембранные материалы для различных электрохимических приложений.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
