Ученые разработали теорию, упрощающую создание мембран для опреснения воды
20 апреля 2023 г. Институт вычислительного моделирования СО РАН
![Ученые разработали теорию, упрощающую создание мембран для опреснения воды Ученые разработали теорию, упрощающую создание мембран для опреснения воды](/upload/iblock/2cd/s3s9w1rc2ebb7b51hyf39ra5z4m2kh4y.jpg)
Всего одно простое уравнение вместо сложных расчетов и огромных массивов данных предложили использовать ученые для описания мембранных систем обратного осмоса. Уравнение описывает связь между основными параметрами мембраны, которые характеризуют задержание соли и пропускную способность, и может использоваться для оценки эффективности разрабатываемых мембран обратного осмоса. Результаты исследования опубликованы в журнале Desalination.
Обратный осмос – одна из наиболее эффективных мембранных технологий, которая применяется во всем мире для удаления солей и органических загрязнителей из воды. Мембрана создает барьер, задерживающий ионы растворенных солей и пропускающий чистую воду. Одним из главных преимуществ этой технологии является то, что она может использоваться с различными типами воды, включая воду из рек, озер, источников водоснабжения и скважин, а также для очистки питьевой воды в домах, офисах и других местах. Кроме этого, мембранные фильтры обычно не требуют химических реагентов, по сравнению с другими методами очистки воды, что уменьшает затраты на эксплуатацию и повышает экологическую безопасность окружающей среды.
Чтобы разработать эффективную фильтрационную систему, необходимо обработать большое количество экспериментальных данных и проанализировать влияние различных факторов на процесс опреснения. Для этого используются сложные модели, требующие значительных вычислительных ресурсов. В то же время ученым необходимы простые модели для быстрого и эффективного определения характеристик мембран на основе данных экспериментов.
Для системного анализа параметров мембран ученые из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» совместно с коллегами из Польши, Нидерландов и США разработали новую простую модель задержания соли в заряженных мембранах обратного осмоса для опреснения воды. Вместо анализа большого набора данных и сложных вычислений новое уравнение позволяет упростить расчеты и эффективно определить характеристики мембраны.
В основе уравнения лежит зависимость задержания соли от четырех параметров. Первый – коэффициент, характеризующий проницаемость мембраны по воде, второй – проницаемость мембраны по растворенному веществу (соли), третий – эффект накопления более концентрированного раствора вблизи поверхности мембраны и четвертый – заряд поверхности мембраны. Полимерные мембраны обратного осмоса могут иметь положительный или отрицательный заряд за счет диссоциации поверхностных функциональных групп. Этот заряд играет важную роль в задержании ионов солей. Например, положительный заряд поверхности приводит к повышению концентрации отрицательных ионов внутри поры, фактически запирая ее для положительных ионов. Это способствует задержанию соли в целом, так как для ее прохождения через мембрану необходим транспорт обоих типов ионов. Анализ экспериментальных данных с помощью математических моделей позволяет глубже понять механизмы задержания и оптимизировать работу мембранной технологии обратного осмоса для наиболее эффективного удаления солей и других загрязнений из воды.
![Илья Рыжков, доктор физико-математических наук ведущий научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН.jpg Илья Рыжков, доктор физико-математических наук ведущий научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН.jpg](/upload/medialibrary/e39/z01xfmnw3mceqaa1ngsif5v3o0f13kiy.jpg)
Поделиться: