Nudruskinimo procesas maksimaliai padidina vandens apytaką

Šis 3D polimerų gėlinimo membranos modelis rodo vandens srautą sidabro kanalais, judėdamas aukštyn ir žemyn, išvengdamas tankių dėmių ant membranos ir lėto srauto. Paskola Ganapathysubramanian tyrimų grupės / Ajovos valstijos universiteto vaizdas – Gregory Fossas / Teksaso pažangiųjų skaičiavimo centras

Gamta suprato, kaip padaryti gražias membranas.

Biologinės membranos prasiskverbia į tinkamas medžiagas į ląsteles, tuo pačiu išlaikydamos netinkamas. Ir, kaip pastebi tyrėjai neseniai paskelbtame žurnalo straipsnyje Mokslas:, jie yra nepaprastai puikūs savo darbui.

Bet jie nebūtinai turi būti idealūs atliekant plataus masto pramoninius darbus, pavyzdžiui, norint pumpuoti druskingą vandenį druskai išgauti, gaminti gėlą vandenį gerti, laistyti pasėlius, laistyti gyvulius ar gaminti energiją.

Ar galime pasimokyti iš tų didelio našumo biologinių membranų? Ar galime taikyti vienalytės gamtos projektavimo strategiją gamybai, polimerinėms membranoms? Ar galime kiekybiškai įvertinti, dėl ko vienos iš šių pramoninių membranų veikia geriau nei kitos?

Tyrėjai iš Ajovos valstijos universiteto, Penno valstijos universiteto, Teksaso universiteto Ostine, „DuPont Water Solutions“, „Dow Chemical Co“, vadovaujami Enrique Gomezo iš Penno, Manishas Kumaras, Teksasas, naudojo perdavimo elektroninį mikroskopą և 3D kompiuterinis atsakymų modeliavimas.

Baskaras Ganapatisubramanyanas iš Ajovos, C. Ozefas S. Ir Elizabeth A. Mechanikos inžinerijos katedros inžinerijos profesorius Anderlikas ir mechanikos inžinerijos daktaras Biswajitas Kharanas dalijosi patirtimi taikomosios matematikos, didelio našumo skaičiavimų ir 3D modeliavimo srityje.

Tyrėjai nustatė, kad vienodo milijardinės membranos nanometrinio tankio sukūrimas gali vaidinti svarbų vaidmenį maksimaliai padidinant atvirkštinės osmozės ir vandenį filtruojančių membranų darbą. Jų atradimą neseniai paskelbė žurnalas Mokslas: և bus 2021 m. sausio 1 d. spausdinto leidimo viršelis.

Dirbdami su keturių skirtingų polimerinių membranų, naudojamų vandens gėlinimui, Penn State perdavimo elektroninės mikroskopijos matavimais, Ajovos inžinieriai numatė vandens srautą per 3D membranų modelius, leidžiantį atlikti išsamią palyginamąją analizę, kodėl vienos membranos veikia geriau nei kitos.

„Modeliavimas sugebėjo išspausti, kad homogeniškesnės membranos, kuriose nėra„ karštųjų taškų “, turi vienodą srautą, geresnį našumą“, – sakė Ganapatisubramanyanas. “Slaptas komponentas yra mažiau heteroseksualumas”.

Tik pažiūrėk Mokslas: Ajovos valstijos mokslininkai sukūrė vaizdą, sukurtą padedant Teksaso pažangiosios kompiuterijos centrui. Kharanas sako. Auksinė, granuliuota, kempinę primenanti struktūra viduryje rodo tankesnes, mažiau tankias sritis druską stabdančioje membranoje; sidabrinės bangos rodo, kaip teka vanduo. žemiau esanti mėlyna spalva rodo vandenį esant mažesniam slėgiui ցածր esant mažesnei druskos koncentracijai.

„Galite pamatyti didžiulį srauto charakteristikų kitimą 3D sluoksniuose“, – sakė Kharanas.

Ryškiausios yra sidabrinės linijos, rodančios vandenį, judantį aplink tankius membranos taškus.

“Mes parodome, kaip vandens koncentracija keičiasi per membraną”. Ganapathysubramanian kalbėjo apie modelius, kurių sprendimui reikėjo didelio našumo skaičiavimo. “Tai yra gražu. Dar niekada to nebuvo daroma, nes tokių tikslių 3D matavimų nebuvo galima pasiekti, taip pat todėl, kad tokie modeliavimai yra nereikšmingi.”

Stigma pridėta. “Modeliavimas kėlė skaičiavimo uždavinius, nes difuzija homogeninėje membranoje gali skirtis šešiais dydžiais.”

Taigi, išvadoje teigiama, kad geresnio gėlinimo membranų raktas yra išsiaiškinti, kaip išmatuoti և labai mažu mastu pagamintų membranų tankio kontrolę. Gamybos inžinieriai ir medžiagų mokslininkai turi užtikrinti, kad tankis būtų vienodas visoje membranoje, taip padidinant vandens srautą neaukojant druskos pašalinimo.

Tai dar vienas Ganapisubramanyan laboratorijos skaičiavimo darbo pavyzdys, padedantis išspręsti labai pagrindinę, bet praktišką problemą.

„Šie modeliavimai suteikė daug informacijos, kad būtų galima rasti raktą, leidžiantį daug efektyvinti gėlinimo membranas“, – sakė Ganapisubramanyanas, kurio darbą iš dalies palaikė dvi Nacionalinio mokslo fondo dotacijos.

Nuoroda. 2020 m Gruodžio 31 d. Mokslas:,
DOI: 10.1126 / mokslas.abb8518:

Projektui vadovavo Penn State universiteto chemijos inžinerijos, medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius Enrique Gomezas ir Teksaso universiteto Ostine civilinės, architektūros ir aplinkos inžinerijos docentas Manishas Kumaras.

Taip pat iš Ajovos valstybinio universiteto: Biswajit Kharan, Baskar Ganapatisubramanyan; Penn State: Tyleris Culpas, Caitlinas Brickas, Michaelas Geithneris, Tawanda Zimas Imudzi, Andrew ir Idney; Iš „DuPont Water Solutions“: ff Effrey Wilbur, Steve uncija; և Iš „Dow Chemical Co.“ Abhishekas Roy, Mou Paulius.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujos biologiškai įkvėptų, šviesą sugeriančių nanomedžiagų klasės sintezė

POSS-peptoido molekulės savaime susirenka į romboidinius nanokristalus. Paskola Stephanie King iliustracija Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija Gamtos įkvėpti Ramiojo vandenyno šiaurės...

Naujos priemonės, reikalingos augalų ligų prevencijai

Žiūrėkite užkrėstą kraują, kuris gali padėti apsaugoti maistą. Medžių ligos nesibaigia prie tautos sienų, o mylios vandenynų taip pat nesustabdo jų plitimo. Štai kodėl,...

Omega-3 derinimas su liaudies papildais gali pakenkti širdžiai

Gydytojai dažnai rekomenduoja omega-3, kurie padeda pacientams sumažinti cholesterolio kiekį ir pagerinti širdies sveikatą. Šie omega-3 gali būti iš riebių žuvų, tokių kaip...

Paviršių poveikis ploniems atominiams puslaidininkiams

Naudodami ultravioletinius spindulius, tyrėjai ištyrė 2-D puslaidininkių (violetinių) elektronines charakteristikas, nes duomenų žemėlapyje padidėja substrato sluoksnių (žalių) skaičius. Raudonas apskritimas žymi elektronines savybes, kurios...

Norėdami pagreitinti atradimą, didelio matmens infraraudonųjų spindulių mikroskopija išeina iš tinklelio

Plytelių rašto, naudojamo skenuoti C. elegans apvalųjį kirminą, pavyzdys. Netinklinis modelis suteikia atrankos algoritmui didesnį lankstumą greitai panaudojant dominančias sritis. Autoriai: Elizabeth...

Newsletter

Subscribe to stay updated.