Графен и его применение в фильтрах и опреснительных установках для воды

В засушливых регионах, где даже подземные воды - соленые, бурение скважин и добыча воды из них являются лишь начальным этапом по обеспечению водой населения. Второй шаг - опреснение воды, и этот этап энергозатратный и дорогостоящий. Строительство и дальнейшая эксплуатация опреснительных установок превращают воду в продукт, стоимость которого несопоставима с реальной ценой единицы объема водных ресурсов. Ученые всего мира ищут недорогой и эффективный способ превращения соленой воды в пресную.

Опреснительная установка нового поколения

Одну из методик предложили ученые Поднебесной. Китайские исследователи провели эксперимент с графеном, создав на основе его окиси опреснитель для морской воды, функционирующий благодаря энергии солнечных лучей. За счет применения оксида графена ученые планируют до минимума снизить теплопотери при работе установки и наиболее эффективно использовать энергию солнца, обеспечив ее максимальное поглощение.Графеновый опреснитель - это пластина из пеноплистирола, заменяющая собой теплоизолятор. На изолятор, обернутый целлюлозной пленкой, помещается слой окиси графена, выполняющей функции поглотителя солнечной энергии. Благодаря капиллярным свойствам, вода по целлюлозе поднимается к нагревающейся графеновой пластинке, где и происходит испарение, а изолятор, отделяющий основной объем воды, не дает абсорберу энергии быстро остывать. Пористая структура оксида графена не препятствует выходу пара к конденсатору.Таким образом, достигается эффективное опреснение воды в отсутствие затрат на нагрев испарительного элемента, а КПД опреснителя достигает 80 %. Опреснение морской или соленой подземной воды только за счет энергии солнца позволило бы реализовать проект недорогого обеспечения пресной водой регионов, испытывающих ее нехватку.

Графен в качестве фильтра для воды

Ранее американские ученые нашли другое применение графену: из этого наноматериала изготавливают мембраны фильтров для воды. Инновационные технологии позволили создать графеновую пластину в виде решета с отверстиями разного диаметра, размер которых позволяет отсеивать такие загрязнители воды, как органические молекулы и даже ионы солей металлов.Прочность графеновой решетки дает возможность не только сделать картридж тоньше, но и увеличить его пропускную способность с одновременным снижением давления воды. Известно, что традиционные мембранные фильтры обратного осмоса включают картриджи из толстого слоя мембран, что требует высокого давления воды, чтобы протолкнуть ее молекулы сквозь мембрану.О серийном производстве фильтров с мембранами из графена говорить преждевременно, так как пока нет технологии, позволяющей недорого производить листы графена большого размера. Но использовать опытные образцы в работе научных лабораторий, химических или биологических, можно уже сейчас.

Цифры и факты

Для опреснительных установок, работающих по принципу обратного осмоса, давление воды должно быть в пределах 70 атмосфер. За счет снижения давления воды и толщины графенового картриджа, проницаемость мембраны можно увеличить в 50 раз по сравнению с фильтрами обратного осмоса.