По капле: Карманный опреснитель
Опреснительные станции превращают морскую воду в пресную, но в карман их не положишь. В отличие от наноразмерного устройства, многие тысячи которых легко разместятся в крохотном пузырьке. Аппарат такой уже разработан, осталось сделать на его основе удобный портативный инструмент — и подготовить его к промышленному производству. По оценке авторов, он сможет давать ежеминутно по стакану питьевой воды — а тратить энергии не больше, чем обычная настольная лампа.
Самый распространенный метод опреснения воды — обратный осмос. Напомним, что под осмосом понимают процесс «выравнивания» концентрации растворенных элементов (например, солей) в растворах (например, в сосудах, разделенных полупроницаемой мембраной). На этом явлении даже работает электростанция — осмотические генераторы вообще считаются довольно перспективным источником энергии (читайте: «Сила соли»).
Обратный осмос требует приложения к соленой воде очень высокого давления, которое буквально «выдавливает» ионы соли через мембрану. Работающие на этом принципе опреснители обычно очень массивны, они обеспечивают водой целые города, хотя имеются и портативные решения. Но все они действуют очень медленно и неспособны самостоятельно справиться с другими загрязнителями, размер молекул которых существенно отличается от размеров ионов соли.
Но команда инженеров во главе с Йонгун Ханом (Jongyoon Han) решила подойти к задаче совершенно с иной стороны. Жидкость с растворенными в ней электрически заряженными частицами (воду с ионами соли) можно пропустить сквозь миниатюрный канал, который на конце раздваивается. Каждая молекула сама «решает», в каком направлении двигаться дальше. Но ученые не дают этому решению свободы: к одному из рукавов канала приложено напряжение, которое отталкивает заряженные частицы (ионы соли), которые просто вынуждены двигаться в другом направлении. Молекулы воды, как целое, электронейтральны, и потому движутся в обоих направлениях с одинаковой «охотой». В итоге получается, что один из потоков более насыщен солями, чем исходный раствор, а второй — чист.
Апробируя эту технологию, ученые заодно посмотрели, насколько эффективно она удаляет и другие потенциально возможные загрязнения, включая бактерии. Живые клетки вообще электрически не нейтральны, так что авторы просто добавили к исходному соленому раствору красные кровяные тельца, помеченные флуоресцентным красителем, и «прогнали» его через свое миниатюрное устройство. На выходе они получили 2 раствора: один концентрированный, очень соленый, и флуоресцирующий, а второй — чистый.
Правда, не идеально чистый, его еще требуется пропустить через угольный фильтр, чтобы избавиться от электрически нейтральных примесей (например, углеводородов), но в целом это — вполне чистая вода. Ей можно умываться, хотя для употребления в пищу лучше, повторим, очистить дополнительно обычным угольным фильтром.
Рабочий прототип такого опреснителя имеется и действует. Теперь перед инженерами встает другая задача — научиться объединять такие микроскопические приборы в массивы, работающие, как единое целое. В идеале, у них должно получиться удобный портативный опреснитель, работающий от солнечных батареек. Настоящая мечта каждого любителя экстремальных путешествий и просто предусмотрительного человека!
По расчетам авторов, для создания подобного аппарата понадобится объединить около 1600 микроскопических устройств в единое «полотно» около 20 см в поперечнике. Тогда оно будет давать более чем достаточные 300 мл воды каждую минуту.
По публикации ScienceNOW