Фильтрация воды при помощи жидкостей позволяет экономить энергию и снижать вредные выбросы

news
ВЕСТИ.RU

Исследователи подсмотрели у живой природы решение, которое позволяет радикально снизить затраты на очистку воды от различных примесей. Разработка пригодится при производстве продуктов питания и напитков, текстиля и бумаги, в биофармацевтике и нефтехимической промышленности.

Исследователи подсмотрели у живой природы решение, которое позволяет радикально снизить затраты на очистку воды. Речь идёт о фильтрах, которые нужно промывать и менять гораздо реже, чем их стандартные аналоги. Это достигается за счёт использования "умных" пор, меняющих свой просвет и сопротивляющихся загрязнению. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале APL Materials группой во главе с Джоанной Айзенберг (Joanna Aizenberg) из Гарвардского университета. Фильтрация воды – насущная потребность человечества. Огромные массы бытовых и промышленных стоков ежесекундно поступают в реки, озера и грунтовые воды. Они должны очищаться, чтобы не загрязнять планету опасными отходами жизнедеятельности человека. При этом в США, крупнейшей в мире стране по размеру ВВП и третьей по численности населения, 13% вырабатываемой электроэнергии тратится на фильтрацию воды. Выработка этого электричества добавляет в атмосферу 290 миллионов тонн углекислого газа в год (а выбросы СО2, как известно, способствуют глобальному потеплению). Обычная методика фильтрации проста, как дважды два (по смыслу, но, к сожалению, не технологически). Вода пропускается через пористый материал, по сути представляющий собой сито. Фильтр задерживает частицы, которые по размеру больше пор. Проблема в том, что отфильтрованный "мусор" прилипает к фильтру. Проще говоря, сетка забивается. Для её очистки используется режим обратной промывки. Вода под большим давлением подаётся в обратном направлении: из "чистой" части системы в "грязную". Мощный напор смывает с фильтра налипшие на него частицы. Однако на это, во-первых, тратится дополнительная энергия. А во-вторых, обратная промывка не устраняет загрязнение полностью. Рано или поздно фильтр приходится менять. Теперь исследователи предложили более эффективную технологию. Свою разработку они называют закрытыми жидкостью мембранами (ЗЖМ). Эта система чем-то похожа на устьица в листьях растений. Напомним, что они открываются и закрываются в нужное время, реагируя на внешние условия. Инженеры применили тот же гибкий подход. Поры в мембране заполнены специальной жидкостью (не той, которую предстоит фильтровать). Она не течёт сквозь фильтр, а играет роль пробки, закрывающей отверстие. Когда на мембрану подаётся фильтруемая вода, жидкость под её давлением прижимается к стенкам поры, создавая открытый канал. Этот "коридор" пропускает воду, но он слишком узок для того, чтобы через него проникали загрязняющие частицы. Такая система страдает от налипшего "мусора" гораздо меньше, чем обычный механический фильтр. Дело в том, что поверхность фильтра, покрытая слоем "запечатывающей" жидкости, очень скользкая. Всё лишнее впоследствии легко соскальзывает с неё, не забивая отверстия как в обычных статичных мембранах.   В зависимости от конкретных деталей строения фильтра ширину "прохода" через пору можно варьировать. Это позволяет адаптировать разработку к фильтрации разных загрязнений. Такая система может не только очистить воду "от всего плохого", но и выделить из смеси конкретный компонент. Такая задача часто встречается в промышленности. Исследователи протестировали своё детище в ходе фильтрации воды, загрязнённой бентонитовой глиной. Подобные загрязнения воды часто встречаются при буровых работах в нефтегазовой отрасли. Авторы использовали в качестве фильтров 25-миллиметровые диски. Контрольные образцы представляли собой обычные механические сита, а экспериментальные – ЗЖМ. В качестве запечатывающей поры жидкости использовался перфторполиэфир. Это вещество более 30 лет используется в аэрокосмической промышленности в качестве смазочного материала. "Это первое исследование, которое демонстрирует, что ЗЖМ могут обеспечить устойчивую фильтрацию в условиях, аналогичных тем, которые имеются в тяжёлой промышленности. Оно даёт представление о том, как ЗЖМ противостоят различным типам загрязнения. Это может способствовать их использованию в различных режимах обработки воды", – говорит первый автор статьи Джек Альваренга (Jack Alvarenga). Результаты получились впечатляющими. Новые фильтры, конечно же, тоже со временем забивались. Однако процедура обратной промывки требовалась им в три раза реже, чем их обычным "коллегам". Кроме того, необратимое загрязнение (то, которое не устраняется обратной промывкой) при том же объёме отфильтрованного состава у них было на 60% ниже, чем у стандартных систем. Поэтому такие фильтры можно реже менять. Наконец, через ЗЖМ можно подавать фильтруемую воду под более низким давлением (на 16% ниже, чем у контрольных образцов). Это даёт экономию энергии, которую не нужно тратить на нагнетание воды. "У ЗЖМ есть потенциал для использования в таких разнообразных отраслях, как производство продуктов питания и напитков, биофармацевтика, производство текстиля, бумаги, целлюлозы, химическая и нефтехимическая промышленность", – подытоживает Джоанна Айзенберг. В ближайших планах исследователей сотрудничество с коммерческими компаниями с целью внедрения новых фильтров в промышленность. Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о фильтре, который задерживает мелкие частицы, но пропускает крупные. Также мы рассказывали о том, как фильтровать воду помогают структуры, открытые математиками. Не обошли мы стороной и систему, очищающую стоки от микропластика.

Читать также

news1

Найти и обезвредить: "лаборатория-на-чипе" повысит точность иммунотерапии рака до 100%

ВЕСТИ.RU

Учёные представили революционную технологию, которая позволит медикам создавать иммунотерапевтические противораковые вакцины нового поколения. Точность "прицела" таких препаратов составит рекордные 100%, при этом лечение будет максимально персонализированным, а его побочные эффекты – минимальными.

Подробнее
news1

Раскрыты новые возможности Су-57

LENTA.RU

Длина пробега у истребителя Су-57 будет в два раза меньше, чем у Су-35, что позволяет использовать его с укороченных полос без специальных устройств, заявил «Звезде» главный конструктор-директор «Сухого» Михаил Стрелец. «Точные цифры не могу назвать, потому что это секретная вещь», — сказал эксперт.

Подробнее
news1

Внутри глубокой пещеры нашли загадочный рисунок

LENTA.RU

Археологи обнаружили в индонезийской пещере на острове Борнео (Калимантан) самый древний наскальный рисунок, на котором изображено животное. Возраст живописи достигает 40 тысяч лет, что делает ее более старой, чем аналогичные находки во Франции и Испании, датированные 37-33,5 тысячи лет.

Подробнее
news1

Названа неожиданная опасность недосыпа

LENTA.RU

Международная группа ученых из США и Китая выяснила, что у людей, спавших менее шести часов в сутки, повышается риск обезвоживания на 16-59 процентов. Такие результаты объясняются колебаниями уровня вазопрессина — антидиуретического гормона, который участвует в поддержании оптимального уровня воды в организме.

Подробнее
news1

Найдена новая опасность недосыпа

ВЕСТИ.RU

Недостаток сна связан с огромным количеством негативных последствий для здоровья человека. Недавно учёные из Университета Пенсильвании определили ещё одну причину, по которой людям следует придерживаться рекомендуемой нормы сна.

Подробнее
news1

Успехи в учебе и карьере связаны не только с интеллектом

ВЕСТИ.RU

Современные учёные уделяют много внимания изучению когнитивных (познавательных) способностей. Считается, что именно от них зависит успех ребёнка в школе и дальнейший профессиональный рост. Однако некоторые специалисты уверены, что некогнитивные навыки не менее важны в этом вопросе, но большинство научных работ этой темы не касается.

Подробнее
news1

"Хорошие парни" в голливудских фильмах оказались гораздо хуже злодеев

ВЕСТИ.RU

Учёные проанализировали поведение героев популярных детских голливудских кинолент и пришли к выводу, что положительные герои не оправдывают своего звания, скорее наоборот, подают юным зрителям плохой пример.

Подробнее
news1

Начал работу крупнейший в мире суперкомпьютер, имитирующий устройство мозга

ВЕСТИ.RU

Учёные запустили нейроморфный суперкомпьютер с миллионом процессорных ядер. Ожидается, что уникальная машина поможет лучше понять процессы, происходящие в нервной системе человека.

Подробнее
news1

США испытали оружие холодной войны

LENTA.RU

ВВС США провели очередной испытательный пуск межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Minuteman III, сообщает Associated Press. Ракета, отмечает агентство, успешно поразила учебную цель, расположенную в Тихом океане. Целью теста названа отработка надежности и точности систем МБР.

Подробнее
news1

Проход Су-57 на сверхмалой высоте попал на видео

LENTA.RU

Проход пары российских перспективных истребителей пятого поколения Су-57 на сверхмалой высоте попал на видео. Съемки велись с рампы транспортного самолета Ан-12, со взлетно-посадочной полосы, а также с использованием камер на истребителях. Соответствующие кадры на YouTube опубликовал телеканал «Звезда».

Подробнее
news1

J-10B выполнил «кобру Пугачева» и «кленовый лист»

LENTA.RU

Истребитель J-10B на показательных полетах в ходе выставке AirShow China 2018 выполнил фигуры высшего пилотажа «кобра Пугачева» и «кленовый лист». Соответствующее видео разместил в Twitter пользователь East Pendulum. Он же отметил успех КНР в разработке турбореактивных двигателей с управляемым вектором тяги.

Подробнее
news1

Раскрыта тайна появления загадочных пигмеев

LENTA.RU

Международная группа ученых предложила новое объяснение маленькому росту пигмеев, живущих в джунглях. По мнению исследователей, короткие ноги и, следовательно, короткие шаги являются преимуществом в тропических лесах. Эту гипотезу подтвердила биомеханическая модель и эксперименты.

Подробнее
news1

Определено главное условие долгой жизни

LENTA.RU

Специалисты биотехнологической компании Calico Life Sciences и генеалогической компании Ancestry выяснили, что гены в меньшей степени определяют продолжительность жизни, чем считалось ранее. Согласно предыдущим оценкам, долголетие на 15-30 процентов определяется генетическими различиями.

Подробнее
news1

Предсказано увеличение продолжительности жизни

LENTA.RU

Ученые Стэнфордского университета (США) выяснили, что каждое новое поколение живет в среднем на три года дольше предыдущего. По мнению специалистов, эта тенденция, прослеживающаяся в течение последних 50 лет, продолжится, пока не будет достигнута максимально возможная продолжительность жизни.

Подробнее
news1

Началась разработка российского стратегического бомбардировщика

LENTA.RU

В России началась разработка Перспективного авиационного комплекса дальней авиации (ПАК ДА). Согласно публикации ОАК, работы по развитию комплекса поставлены на особый контроль министру обороны Сергеем Шойгу, о чем свидетельствует посещение им авиационного завода в Казани.

Подробнее