Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Nowa membrana ułatwi produkcję wody

Recommended Posts

Jednym ze sposobów na rozwiązanie problemu dostępu do wody pitnej jest odsalanie wód morskich. Na całym świecie działa ponad 7000 instalacji przystosowujących taką wodę do picia. Problem jednak w tym, że membrany oddzielające sól od wody ulegają zniszczeniu w obecności chloru.

W wodzie morskiej znajdują się liczne mikroorganizmy, które mogą zatkać membranę, czyniąc ją bezużyteczną. Dlatego też najpierw do wody dodaje się chloru, by pozbyć się tych organizmów. Następnie chlor jest szybko usuwany, a woda przedostaje się do membran, które oddzielają sól. Później ponownie dodawany jest chlor i woda trafia do sieci wodociągowej.

Naukowcy z University of Texas i Virginia Polytechnic Institute opracowali membrany, które są odporne na działanie chloru. Ich zastosowanie pozwoli na uproszczenie całego procesu pozyskiwania wody pitnej z mórz, dzięki czemu stanie się on tańszy i łatwiej dostępny.

Nowa membrana wykonana została z polisiarczku, tworzywa sztucznego zawierającego siarkę. Poprzednie próby wykorzystania tego materiału spaliły na panewce, gdyż polisiarczek jest silnie hydrofobiczny, więc woda ma trudności z przeniknięciem.

Obecnie amerykańskim naukowcom udało się podczas procesu polimeryzacji dodać do materiału dwie grupy sulfonowe, dzięki którym uzyskali trwały polimer odporny na działanie chloru.
Eksperymenty wykazały, że w przypadku wody o niskim i średnim zasoleniu nowy materiał oddziela sól równie skutecznie, jak wiele komercyjnie używanych membran. Nieco gorzej sprawuje się w wodach o dużym zasoleniu.

Jest też znacznie bardziej wytrzymały. Po 35-godzinnej ekspozycji na skoncentrowany roztwór chloru w nowych membranach zaszły niewielkie zmiany. Tymczasem obecnie dostępne na rynku membrany były w tym czasie całkowicie rozkładane przez chlor.

Uczeni eksperymentują teraz z różnym składem swojego polimeru, chcąc uzyskać jeszcze bardziej wydajne i wytrzymałe membrany.

Eric Hoek, profesor z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, ktory specjalizuje się w badaniach nad membranami do odsalania, jest zachwycony pracami swoich kolegów. Mówi, że ich materiał wykazuje zadziwiającą odporność na działanie chloru. Jednak, dodaje, w tej chwili nie jest jeszcze na tyle wydajny, by można było zastąpić nim wszystkie komercyjnie wykorzystywane membrany.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Świat ma coraz większy problem z plastikowymi odpadami. By mu zaradzić chemicy z Cornell University opracowali nowy polimer o właściwościach wymaganych w rybołówstwie, który ulega degradacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, dowiadujemy się z artykułu opublikowanego na łamach Journal of the American Chemical Society.
      Stworzyliśmy plastik o właściwościach mechanicznych wymaganych w komercyjnym rybołówstwie. Jeśli  wyposażenie to zostanie zgubione w wodzie, ulegnie degradacji w realistycznej skali czasowej. Taki materiał może zmniejszyć akumulowanie się plastiku w środowisku, mówi główny badacz, Bryce Lipinski, doktorant z laboratorium profesora Geoffa Coatesa. Uczony przypomina, że zgubione wyposażenie kutrów rybackich stanowi aż połowę plastikowych odpadów pływających w oceanach. Sieci i liny rybackie są wykonane z trzech głównych rodzajów polimerów: izotaktycznego polipropylenu, polietylenu o wysokiej gęstości oraz nylonu-6,6. Żaden z nich nie ulega łatwej degradacji.
      Profesor Coates od 15 lat pracuje na nowym rodzajem plastiku o nazwie izotaktyczny tlenek polipropylenu (iPPO). Podwaliny pod stworzenie tego materiału położono już w 1949 roku, jednak zanim nie zajął się nim Coates niewiele było wiadomo o jego wytrzymałości i właściwościach dotyczących fotodegradacji.
      Lipinski zauważył, że iPPO jest zwykle stabilny, jednak ulega degradacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. W laboratorium widać skutki tej degradacji, jednak są one niewidoczne gołym okiem. Tempo rozpadu tworzywa zależy od intensywności promieniowania. W warunkach laboratoryjnych łańcuch polimerowy uległ skróceniu o 25% po 30-dniowej ekspozycji na UV. Ostatecznym celem naukowców jest stworzenie plastiku, który będzie rozpadał się całkowicie i nie pozostawi w środowisku żadnych śladów. Lipinski mówi, że w literaturze fachowej można znaleźć informacje o biodegradacji krótkich łańcuchów iPPO. Uczony ma jednak zamiar udowodnić, że całkowitemu rozpadowi będą ulegały tak duże przedmioty jak sieci rybackie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego opracowali metodę syntezy, która umożliwia produkcję czystego chemicznie polikaprolaktonu (PCL-u). Jest to polimer ulegający naturalnemu rozkładowi w okresie około dwóch lat. Wykazuje on zgodność tkankową, co oznacza, że może być stosowany w przemyśle farmaceutycznym i medycznym. Dodatkowo polimer ten ma dobre właściwości przetwórcze, jest rozpuszczalny w wielu rozpuszczalnikach organicznych oraz może tworzyć mieszalne blendy polimerowe. Powyższe właściwości sprawiają że ma szerokie zastosowania wielkotonażowe, co przekłada się na zainteresowanie wielu ośrodków naukowych i przemysłowych.
      PCL może być stosowany jako: nośnik w układach kontrolowanego uwalniania leków, podłoże do hodowli tkanek w inżynierii tkankowej bądź materiał wypełniający. Dzięki temu, że naturalnie rozkłada się w organizmie ludzkim, może być również wykorzystywany do produkcji wchłanialnych nici chirurgicznych czy implantów z pamięcią kształtu, takich jak klamry do łączenia złamań kości czy specjalne pręty stosowane do leczenia schorzeń kręgosłupa.
      Zważywszy na interesujące właściwości, polimer ten znajduje także zastosowanie w przemyśle – jako dodatek do opakowań i folii biodegradowalnych, a w połączeniu ze skrobią może być używany do wyrobu tworzywa, z którego otrzymywane są jednorazowe talerzyki czy kubki.
      Ze względu na wielkotonażową produkcję PCL-u i jego szerokie zastosowanie w medycynie, ważne jest usprawnianie procesu jego produkcji, najczęściej poprzez modyfikacje sposobu jego otrzymywania. Docelowo proces ten powinien być kontrolowany w taki sposób, aby producenci otrzymywali PCL o określonych, pożądanych właściwościach przy obniżonych wymaganiach technologicznych.
      Jest to trudne zadanie przede wszystkim ze względu na potencjalne zastosowanie PCL-u w medycynie, gdzie wyprodukowane z niego narzędzia czy obiekty mają kontakt z tkanką ludzką, co wymusza ponadprzeciętną czystość wymaganą przez producentów. Ponadto produkcja tego polimeru powinna być przyjazna dla środowiska naturalnego.
      Interesujące rozwiązanie zaproponowali naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego. Zmienili warunki, w których prowadzony jest proces polimeryzacji ε-kaprolaktonu (ε-CL), umożliwiając produkcję polimerów o niespotykanej czystości . Alternatywą okazało się zastosowanie wody jako inicjatora reakcji chemicznej oraz wysokiego ciśnienia jako jej katalizatora. Obecność wody pozwala kontrolować przebieg reakcji, natomiast przeprowadzenie jej w warunkach wysokiego ciśnienia umożliwia otrzymanie produktu o dużej czystości, oznaczającej m.in. brak zawartości jonów metali i zanieczyszczeń organicznych oraz nieorganicznych. Tak otrzymany PCL może być stosowany nie tylko w przemyśle, ale i w medycynie, m.in. do produkcji nici chirurgicznych, jako nośnik leków czy szkielet w inżynierii tkankowej.
      Ponadto zaproponowany sposób ciśnieniowej polimeryzacji ε-kaprolaktonu pozwala na uproszczenie składu mieszaniny reakcyjnej, co skutkuje obniżeniem kosztów produkcji. Opisane rozwiązanie zostało objęte ochroną patentową.
      Autorami wynalazku są pracownicy Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych: mgr inż. Andrzej Dzienia, dr inż. Paulina Maksym, dr hab. Magdalena Tarnacka, dr hab. Kamil Kamiński, prof. UŚ oraz prof. zw. dr hab. Marian Paluch.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Z myślą o ludziach, którzy nie mają dostępu do czystej wody pitnej, inżynierowie z Uniwersytetu Waszyngtona w St. Louis stworzyli membranę, która oczyszcza wodę i zapobiega porastaniu bakteriami i innymi szkodliwymi organizmami (ang. biofouling). W błonie wykorzystano tlenek grafenu i bakteryjną nanocelulozę.
      Jeśli technologię opisaną na łamach pisma Environmental Science & Technology uda się przeskalować, znajdzie ona zastosowanie w wielu krajach rozwijających się, które zmagają się z niedoborem czystej wody.
      Biofouling jest zjawiskiem, które trudno całkowicie wyeliminować. Prof. Srikanth Singamaneni i Young-Shin Jun pracowali nad tym niemal 5 lat. Wcześniej uzyskali inne błony zawierające złote nanogwiazdy, ale zależało im na stworzeniu wersji bazującej na tańszych materiałach.
      Produkcja nowej membrany zaczyna się od "dokarmiania" bakterii Gluconacetobacter hansenii cukrową substancją. Dzięki temu, przebywając w wodzie, mogą one potem tworzyć nanowłókna celulozy. Podczas wzrostu nanocelulozy dodawane są płatki tlenku grafenu (GO). Gdy GO jest już wbudowany, kompozyt poddaje się działaniu roztworu zasady, który zabija bakterie. Podczas tego procesu grupy tlenowe GO są eliminowane i powstaje zredukowany GO.
      Gdy zespół oświetlił membranę promieniami słonecznymi, płatki zredukowanego GO natychmiast wytworzyły ciepło, które rozproszyło się po wodzie i nanocelulozie.
      Jeśli chcesz oczyścić wodę z mikroorganizmów, zredukowany tlenek grafenu może pochłaniać światło słoneczne, podgrzewać błonę i zabijać bakterie - wyjaśnia Singamaneni.
      Podczas testów Amerykanie wystawili błonę na działanie pałeczek okrężnicy (Escherichia coli), a później oświetlili jej powierzchnię. Po zaledwie 3-min naświetlaniu, E. coli zginęły. Akademicy ustalili, że błona szybko podgrzewała się do temperatury ponad 70°C.
      Gdy eksperyment powtórzono z membraną z bakteryjnej nanocelulozy bez zredukowanego GO, E. coli pozostawały żywe.
      To przypomina drukowanie 3D z pomocą mikroorganizmów. Podczas wzrostu bakteryjnej nanocelulozy można dodawać, co się chce. Przyglądaliśmy się takim membranom w różnych warunkach pH i pozostawały one bardziej stabilne niż błony uzyskane na drodze filtracji próżniowej czy powlekania obrotowego tlenkiem grafenu - opowiada Jun.
      Singamaneni i Jun proponują, by w przyszłości zaprezentowane przez nich filtry były wyposażane w nanogeneratory, które będą wykorzystywać energię mechaniczną przepływu cieczy do uzyskiwania światła i ciepła. Wg nich, mogłoby to obniżyć ogólne koszty.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Już w poprzedniej dekadzie interesowano się zastosowaniem interferencji RNA (wyciszania lub wyłączania ekspresji genu przez dwuniciowy RNA) w leczeniu nowotworów. Cały czas problemem pozostawało jednak dostarczanie RNA o sekwencji zbliżonej do wyłączanego wadliwego genu. Naukowcy z MIT-u zaproponowali ostatnio rozwiązanie - zbitki mikrogąbek z długich łańcuchów kwasu nukleinowego.
      Skąd problem z dostarczaniem? Małe interferujące RNA (siRNA, od ang. small interfering RNA), które niszczą mRNA, są szybko rozkładane przez enzymy zwalczające wirusy RNA.
      Paula Hammond i jej zespół wpadli na pomysł, by RNA pakować w tak gęste mikrosfery, że są one w stanie wytrzymać ataki enzymów aż do momentu dotarcia do celu. Nowy system wyłącza geny równie skutecznie jak wcześniejsze metody, ale przy znacznie zmniejszonej dawce cząstek. Podczas eksperymentów Amerykanie wyłączali za pomocą interferencji RNA gen odpowiadający za świecenie komórek nowotworowych u myszy. Udawało im się to za pomocą zaledwie 1/1000 cząstek potrzebnych przy innych metodach.
      Jak tłumaczy Hammond, interferencję RNA można wykorzystać przy wszystkich chorobach związanych z nieprawidłowo funkcjonującymi genami, nie tylko w nowotworach.
      Wcześniej siRNA wprowadzano do nanocząstek z lipidów i materiałów nieorganicznych, np. złota. Naukowcy odnosili większe i mniejsze sukcesy, ale nadal nie udawało się wypełnić sfer większą liczbą cząsteczek RNA, bo krótkich łańcuchów nie można ciasno "ubić". Ekipa prof. Hammond zdecydowała się więc na wykorzystanie jednej długiej nici, którą łatwo zmieścić w niewielkiej sferze. Długoniciowe cząsteczki RNA składały się z powtarzalnych sekwencji nukleotydów. Dodatkowo segmenty te pooddzielano krótkimi fragmentami, rozpoznawanymi przez enzym Dicer, który ma za zadanie ciąć RNA właśnie w tych miejscach.
      Podczas syntezy RNA tworzy arkusze, które potem samorzutnie zwijają się w bardzo zbite gąbkopodobne sfery. W sferze o średnicy 2 mikronów mieści się do 500 tys. kopii tej samej sekwencji RNA. Potem sfery umieszcza się na dodatnio naładowanym polimerze, co prowadzi do dalszego ich ściskania. Średnica wynosi wtedy zaledwie 200 nanometrów, a to niewątpliwie ułatwia dostanie się do komórki. W komórce Dicer tnie długą nić na serię 21-nukleotydowych nici.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z singapurskiego Uniwersytetu Narodowego pracują nad nową membraną, która jest w stanie przechowywać znacznie więcej energii niż nowoczesne baterie litowo-jonowe. Zespół doktora Xie Xian Ninga bada membranę wykonaną z polimeru bazującego na polistyrenie. Membranę zamyka się pomiędzy grafitowymi płytkami. Jej pojemność wynosi 0,2 farada na każdy centymetr kwadratowy. Standardowy kondensator przechowuje obecnie 1 mikrofarad na centymetr kwadratowy.
      Dzięki pracom Singapurczyków mogą znacząco spaść ceny urządzeń do przechowywania energii. Obecnie urządzenie z płynnym elektrolitem kosztuje około 7 dolarów za każdy farad pojemności. Nowe membrany pozwalają przechować farad za 62 centy. Innymi słowy, bateria wykorzystująca singapurską membranę za cenę 1 dolara przechowa 10-20 watogodzin. Baterie litowo-jonowe za taką samą kwotę przechowują 2,5 watogodziny.
      Membrana charakteryzuje się też olbrzymią wytrzymałością. Jest ona w stanie przetrwać 5000-6000 cykli ładowania/rozładowywania. Ładuje się ponadto szybciej niż standardowa bateria.
      W porównaniu z akumulatorami i superkondensatorami te membrany umożliwiają budowanie tanich urządzeń o bardzo prostej architekturze. Co więcej, wydajność membran przewyższa akumulatory i superkondensatory - powiedział doktor Xie.
×
×
  • Create New...