淡水化のためのグラフェン

序章

現在、世界中の12億人が水の不足と健康、食物、エネルギーへの悪影響に苦しんでいます。一方では、人口の増加、工業化の増加とエネルギー需要の向上、そして融雪の喪失、氷河の縮小などは、今後数年間でこの状況を悪化させるでしょう。世界水評議会によって推定されているように、影響を受ける人々の数は今後数十年で39億に増加します。

水不足を軽減するための最も有望なアプローチの1つである淡水化は、水文学サイクルから利用可能なものを超えて給水を増やすことができます。実際、海水淡水化は、天然の淡水生態系に害を及ぼさない高品質の水の無限の安定した供給を提供します。

海水は、膨大な水を供給しています（地球上のすべての水の97.5％）。したがって、過去10年間の海水淡水化施設の設置の成長は、水ストレスのある国の水不足の問題を回避するために急速に進行しました。 2016年、淡水化による世界の水生産は、年間380億立方メートル、つまり2008年の2倍の2倍になると推定されていました。

これまでのところ、海水淡水化は主に多段階のフラッシュ蒸留と逆浸透（RO）を介して行われてきました。主に乾燥したペルシャ湾岸諸国では、淡水化植物は暖房に基づいてパフォーマンスを発揮し、その後海水を凝縮します。この種の淡水化植物は、大量の熱エネルギーと電気エネルギーを消費し、温室効果ガスを広範囲に発光します。この非経済的で非エコーリーな脱塩植物のバージョンに加えて、過去20年間に建設された淡水化植物の主なタイプと、将来の計画された植物は、RO技術に基づいています。

グラフェンフィルター：エネルギーが最大50％少ない

2003年に最初に分離されたグラフェンは、グラファイトとは異なる電気的、光学的、機械的特性を持っています。 [それは鋼よりも強く、ユニークなふるい特性を備えています」とグロスマンは言います。原子の厚さのみで、穿孔グラフェンフィルターを通して海水を押すと、摩擦損失がはるかに少なくなります。過去50年間使用された、と彼は言います。

[穿孔されたグラフェンフィルターが淡水化植物の水圧を処理しながら、数百倍の透過性を提供できることを示しました。グロスマンは説明します。海水には15％少ないエネルギーを使用でき、汽水には最大50％少ないエネルギーを使用できます。」

もう1つの利点は、グラフェンフィルターがポリアミドフィルターで発生するほぼ速度でバイオグロースでファウルにならないことです。淡水化植物は、フィルターを頻繁にきれいにする必要があるため、効率を低下させることがよくあります。さらに、フィルターをきれいにするために使用される塩素は、ポリアミドの構造的完全性を低下させ、頻繁な交換を必要とします。比較すると、グラフェンは塩素の損傷効果に耐性があります。

グロスマンによると、ポリアミドフィルターを既存の植物のグラフェンフィルターに簡単に交換できます。ポリアミドフィルターと同様に、グラフェンフィルターは、微粒子をふるいにかける大きな穴がある堅牢なポリスルホンサポートにマウントできます。

しかし、コストを削減することには大きな課題が残っています。グロスマングループは、適度に低コストで大量のグラフェンを作成する際に良い進歩を遂げました。しかし、より深刻な課題は、非常にスケーラブルな方法で、グラフェンの均一な穴を費用効果に満たすことです。

[典型的な植物には、長さ2メートルのチューブで構成された数万の膜があり、それぞれが40平方メートルの巻き式膜を備えています」とグロスマンは言います。 「Sa nonstarter。」

安価にグラフェンを作る

グラフェンを作る伝統的な方法 - 2003年の最初の分離以来、気をつけて - 接着剤で剥がすことです。 [あなたは文字通りスコッチテープをグラファイトに持っていき、皮をむきます。[これを続けている場合、最終的には単一の層で巻き上げられます。工場。"

別のアプローチは、[銅箔に超湿ったガスを塗布することにより[グラフェンを栽培することです。ただし、このプロセスは非常に高価でエネルギー集約的です。

代わりに、グロスマングループは、はるかに手頃な価格の化学的アプローチを使用しており、淡水化膜を作成するのに十分な品質を生成します。 [幸いなことに、私たちのアプリケーションは最高品質を必要としません」とグロスマンは言います。グラフェンの非常に安くかつ迅速。」

塩をブロックするが、水分子を通過させる毛穴を作成することは、急な挑戦です。そもそも淡水化が可能である理由は、水に拡散した場合、塩イオンが水分子と結合し、それによってより大きなエンティティを作成するためです。しかし、遊離水分子と比較したサイズの違いはまだイライラするほど小さいです。

[課題は、約0.8ナノメートルのスイートスポットを見つけることです」とグロスマンは言います。[毛穴が1.5 nmの場合、水と塩の両方が通過します。 「

0.8 nmの穴は[他の素材で制御可能な方法で作ることができたよりも小さい」とグロスマンは言います。

グロスマングループは、ナノポーラスグラフェン膜を作るための3つの技術を追求しています。これらはすべて、機械的プロセスではなく化学エネルギーと熱エネルギーを使用しています。 [リソグラフィを使用しようとした場合、それは何年もかかります」とグロスマンは言います。穴のない素材で、それを慎重に引き裂きます。」

グラフェンを作るための化学技術は、実際にグラフェン酸化物を生成します。これは、半導体にとって望ましくないと考えられていますが、フィルターには適しています。その結果、研究者は酸化グラフェンから酸素を除去する困難なステップを回避することができました。実際、彼らは酸素を有利に使用する方法を見つけました。

[酸素がグラフェンシートに結合する方法を制御することにより、化学エネルギーと熱エネルギーを使用して酸素の助けを借りて穴を掘削できます」とグロスマンは言います。

最初のターゲット：汽水

グロスマングループがグラフェンシートの製造と穿孔の課題に引き続き取り組んでいるため、グロスマンはグラフェンフィルターの他の利点を活用して、テクノロジーを市場に出すのに役立ちます。

グラフェンは、海水と油圧破砕に使用されるさらに塩味の汚れのある水で効率を改善するはずですが、河口に見られるような汽水をきれいにする植物でデビューする可能性があります。 [2つまたは3つの倍でさえも透過性が高いことは、海水よりも汽水の方が大きな違いをもたらすことが判明しました」とグロスマンは言います。

グラフェンフィルターは、小さくて安価な植物の構築を可能にすることもできます。 [グラフェンを使用すると、植物の操作方法にはより多くの選択肢があります」とグロスマンは言います。エネルギーコストの削減。」

グロスマンは、人口の多い沿岸地域に植物を敷設し、許可するのに何年もかかることがあると指摘しています。 [植物の建設方法と、十分な土地を見つける場所には多くの努力が払われます」とグロスマンは言います。

グレフェンの混合と作りのためのリナ・バンベリー分散編み

Lina New Type Banburyの分散編み物はGrephene向けに設計されており、機械技術をサポートするグラフェン部門があります。