فیلتر‌های الهام‌گرفته از تفلون آب را سریع و بدون اصطکاک نمک‌زدایی می‌کنند

مهندسان دانشگاه توکیو نوع جدیدی از غشا‌های نمک‌زدایی را طراحی کرده‌اند که به‌گفته‌ی آنان، از فناوری‌های موجود سریع‌تر است و به فشار آب و انرژی کمتری نیاز دارد. غشای جدید از مجموعه‌ای از لوله‌ها در ابعاد نانو با جنسی مشابه تفلون تشکیل شده است. درحالی‌که این لوله‌ها به جریان آب اجازه‌ی عبور با اصطکاک کم را می‌دهند، مانع از عبور نمک‌ها می‌شوند.

بسیاری از مناطق جهان با بحران کمبود آب آشامیدنی پاک مواجه هستند و این بحران به‌دلیل تغییرات اقلیمی رو‌به‌وخامت است؛ از‌این‌رو، نمک‌زدایی آب‌های شور یا آب دریا برای رفع این مشکل حیاتی است. دستگاه‌های نوآورانه بسیاری برای انجام این کار استفاده می‌شوند که معمولاً از دو روش تبخیر حرارتی و سپس میعان آب یا عبور آب از میان مجموعه‌ی غشا‌ها برای تصفیه نمک و ناخالصی‌ها استفاده می‌کنند.

سیستم جدید نمونه‌ای از روش دوم است؛ ولی درمقایسه‌با سایر نمونه‌های مشابه مزایایی دارد. ترکیب اصلی استفاده‌شده در آن، فلوئور است که ماهیت آب‌گریزی آن باعث ویژگی نچسب‌بودن تفلون شده است. از تفلون فقط در ساخت ظروف آشپزی استفاده نمی‌شود و پوشش‌های برپایه‌ی فلوئور در بسیاری از لوله‌ها برای برقراری جریان یکنواخت آب کاربرد دارند.

غشای جدید حلقه‌های نانومقیاسی از جنس فلوئور دارد که درون لایه نفوذناپذیر لیپیدی روی‌هم چیده شده‌اند. فلوئور نه‌تنها باعث عبور بدون اصطکاک جریان آب می‌شود؛ بلکه به‌کمک بار الکتریکی منفی خود، نمک‌ها را به‌سادگی جدا می‌کند و مانع عبور آن‌ها می‌شود.

گروه مهندسان این روش را با استفاده از نانوحلقه‌هایی به پهنای ۰٫۹ تا ۱٫۹ نانومتر آزمودند. آن‌ها جریان آب شور را از میان آن‌ها گذراندند و سپس مقادیر یون‌های کلُر (یکی از عناصر سازنده‌ی نمک) را در دو سوی ورودی و خروجی غشا اندازه‌گیری کردند. آن‌ها با اطمینان کافی دریافتند که حلقه‌های فلوئور آب را سریع‌تر و بهینه‌تر تصفیه می‌کنند و برای این کار به فشار کمتر و درنتیجه انرژی کمتری درمقایسه‌با سایر روش‌های نمک‌زدایی نیاز دارند.

یوشیمیتو ایتوه، نویسنده‌ی ارشد این پژوهش می‌گوید:

مشاهده‌ی نتایج برای نخستین‌بار بسیار هیجان‌انگیز بود. حلقه‌های کوچک‌تر بی‌نقص عمل می‌کردند و مانع مولکول‌های نمک ورودی می‌شدند و حتی حلقه‌های بزرگ‌تر نیز عملکرد بهتری درمقایسه‌با سایر روش‌های نمک‌زدایی موجود و حتی فناوری نوینی مانند فیلتر‌های نانولوله کربنی داشتند. شگفتی اصلی برای من، سرعت انجام فرایند بود. نمونه ما چند‌هزار برابر سریع‌تر از دستگاه‌های صنعتی موجود و حدود ۲۴۰۰ برابر سریع‌تر از نمونه‌های آزمایشی دستگاه‌های نمک‌زدایی برپایه نانولوله‌های کربنی کار می‌کرد.

ممکن است کلمه «تفلون» برای بسیاری از مردم یادآور نگرانی‌های سلامتی باشد؛ ولی فلوئور عنصر خطرناک موجود در این ماده نیست. این گروه به پژوهش خود برای کاهش انرژی موردنیاز در ساخت غشا‌های نانوحلقه‌ای فلوئور ادامه می‌دهند و امیدوار‌‌‌‌‌ند فیلتر‌های بزرگ‌‌تری با ابعاد یک‌متری را در سال‌های آینده آزمایش کنند.

این پژوهش در نشریه‌ی Science منتشر شده است.