Để đạt được hiệu quả khử mặn nước mặn cao hơn trong một nghiên cứu mới, các kỹ sư cơ khí đã tập trung vào chuyển động của chất lỏng hơn là vật liệu mới. Bằng cách thêm các kênh siêu nhỏ vào bên trong các điện cực giống như pin làm bằng màu xanh Prussian—một sắc tố màu xanh đậm thường được sử dụng trong nghệ thuật và cũng có các tính chất hóa học đặc biệt—các nhà nghiên cứu đã tăng mức độ khử mặn của nước biển lên gấp 5 lần so với các đối tác không có kênh của họ để đạt được mức độ mặn dưới ngưỡng nước ngọt.
Nghiên cứu, dẫn đầu bởi giáo sư khoa học và kỹ thuật cơ khí Đại học Illinois Urbana-Champaign , Kyle Smith và sinh viên tốt nghiệp Vu Do, đã sử dụng một hóa chất tương tự như màu xanh Phổ. Những phát hiện này sẵn sàng cho các ứng dụng trong khử muối , chuyển đổi và lưu trữ năng lượng, chuyển đổi và thu giữ CO 2 , xử lý môi trường cũng như phục hồi tài nguyên và chất dinh dưỡng.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Khoa học Năng lượng và Môi trường .
Smith cho biết : “Trong nghiên cứu trước đây , chúng tôi đã dự đoán quá trình khử muối có thể được thực hiện bằng phương pháp này, nhưng chưa ai xác nhận quá trình khử muối ở mực nước biển trong phòng thí nghiệm. "Tạm thời, chúng tôi biết được rằng ngoài loại vật liệu cụ thể được sử dụng trong các điện cực, cấu hình của hệ thống cũng rất quan trọng."
Các nhà nghiên cứu cho biết vật liệu tương tự màu xanh Prussian hoạt động bằng cách giữ các ion tích điện dương như natri trong cấu trúc tinh thể của sắc tố. Tuy nhiên, nó có thể biến thành một chút cấu trúc giống như cái bẫy, trong đó các ion dễ dàng xâm nhập nhưng lại bị mắc kẹt trong một mê cung các khoảng lỗ rỗng nhỏ, tích điện ở quy mô phân tử bên trong điện cực. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng họ sẽ cần sử dụng một thiết bị chuyên dụng để thực hiện chuyển đổi van phức tạp và đồng bộ hóa dòng điện bên trong tế bào dòng chảy để tiếp tục khử muối liên tục mà hiệu quả của hệ thống không bị cản trở.
Bằng cách khắc nhiều kênh rộng 100 micromet—chiều rộng gần đúng của một sợi tóc người—lên điện cực có kích thước 5 cm, các nhà nghiên cứu có thể cung cấp cho chất lỏng một đường dẫn rõ ràng để đi qua mà không làm mất khả năng tách các ion muối ra khỏi điện cực. nước, các nhà nghiên cứu cho biết.
Các nhà nghiên cứu cho biết thiết lập được sử dụng cho nghiên cứu này có thể khử muối trong nước biển được chuẩn bị trong phòng thí nghiệm với tốc độ mililit trong vài giờ, vì vậy bước tiếp theo của nhóm là mở rộng quy mô.
Smith cho biết : “Mục tiêu của khoản tài trợ của Hải quân được sử dụng để tài trợ cho nghiên cứu này là khử muối từ 2 đến 4 gallon mỗi giờ—sử dụng nhiên liệu diesel làm nguồn năng lượng —để cung cấp một thiết bị di động cung cấp nước cho quân đội trong các đơn vị viễn chinh nhỏ”. "Tất nhiên, nhóm của chúng tôi quan tâm đến các ứng dụng rộng lớn hơn nhiều cho các thiết bị giống như pin này, nhưng mở rộng quy mô sẽ là một bước thiết yếu để đạt được điều đó."
"Một khía cạnh đáng chú ý của nghiên cứu này là khía cạnh kỹ thuật cơ khí mà chúng tôi cung cấp," Do nói. "Trong cộng đồng nghiên cứu , người ta chú trọng nhiều đến vật liệu và tính chất hóa học của chúng. Nhưng chúng tôi đã chỉ ra rằng cơ học chất lỏng của hệ thống rất quan trọng để tận dụng tối đa vật liệu tuyệt vời khi bạn tích hợp nó một cách thích hợp."
Các thành viên nhóm nghiên cứu Smith Irwin Loud và Erik Reale cũng đóng góp cho nghiên cứu.
