Vattenbristen i världen är ett större problem än någonsin, och avsaltning är avgörande för att lösa problemet. De bästa tillgängliga teknikerna för att separera salt från havsvatten är dock kostsamma och kräver mycket underhåll.
Ett forskarlag har nu utvecklat ett hållbart och kostnadseffektivt filtreringsmembran som skulle kunna öka antalet människor i världen som får rent och säkert vatten. Resultaten av deras arbete, från Prof. Menachem Elimelechs laboratorium i samarbete med Nanjing University of Science & Technology, publiceras i Science.
Omvänd osmos – ett system som renar vatten genom att pressa det genom ett mycket fint semipermeabelt membran – har använts alltmer för att tillhandahålla säkert och rent dricksvatten till områden i världen där det behövs som mest. De vanligaste membranen är tillverkade av polyamid, en polymer som har utmärkt vattengenomsläpplighet och saltavvisning. Men dessa membran är också ömtåliga och känsliga för ”biofouling”, när en bakteriell biofilm växer på ytan och blockerar membranets passager.
Klor kan användas för att förhindra biofouling på membranen, men det kan också försämra polyamidfilmerna. För att komma till rätta med dessa begränsningar har branschen i stor utsträckning använt sig av en rad kostsamma förbehandlingssteg.
Med en innovativ materialdesign har forskarna från Yale och Nanjing utvecklat ett omvänt osmosmembran som inte bara avsaltar vatten utan också är resistent mot klor och påväxt. Istället för att använda polyamid, som är branschens guldstandard, för att utveckla dessa membran använde forskarna istället polyester.
Valet av material är avgörande, eftersom polyestermembranet har en betydande vattengenomsläpplighet, en hög avvisning av natriumklorid och bor samt en fullständig klorresistens. Membranets ultraglatta yta med låg energi överträffar också polyamidmembranen när det gäller att förhindra påväxt och mineralavlagringar.
Dessutom har teamet utformat membranen så att de enkelt ska kunna tas i bruk av industrin.
”Tillverkningsprocessen för polyestermembranet liknar den för toppmoderna polyamidmembran, så befintliga industriella produktionslinjer kan potentiellt anpassas för att snabbt skala upp tillverkningen”, säger Elimelech, Sterling-professor i kemi- och miljöteknik.
Xuan Zhang vid Nanjing University of Science & Technology, Kina, sade att deras membran efter optimering av designen så småningom kan överträffa dagens polyamidmembran när det gäller selektivitet mellan vatten och salt, vilket ger en möjlighet att avsevärt minska förbehandlingsstegen vid avsaltning.
De noterade också att eftersom vattenbrist har blivit ett allt större problem runt om i världen behövs nya avsaltningstekniker, och den som de har utvecklat undviker många av de utmaningar som nuvarande system står inför.
”Avancerade membran med motståndskraft mot påväxt och skalning är mycket lovande för att öka tillgången till sötvatten för dem som behöver det”, säger medförfattaren Ryan DuChanois, en tidigare doktorand i Elimelechs laboratorium och nu postdoktoral medarbetare vid Rice University.
Ytterligare information: Yujian Yao et al, More resilient polyester membranes for high-performance reverse osmosis desalination, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk0632
