เครื่องกรองน้ำ

เขาและผู้ร่วมวิจัยหลัก Christopher Gorski รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมของ Penn State จะใช้เงิน 570,000 ดอลลาร์ซึ่งเป็นทุนสามปีจาก Office of Naval Research เพื่อพัฒนาวิธีการทำน้ำให้บริสุทธิ์ หรือที่เรียกว่าการขจัดไอออนของเมมเบรน (MCDI) "แม้ว่าการกลั่นน้ำทะเลจากทั่วโลกจำนวนมากใช้กระบวนการที่เรียกว่ารีเวิร์สออสโมซิสที่โรงงานผลิตแบบรวมศูนย์ แต่ก็ไม่เหมาะสำหรับทีมทหาร เนื่องจากต้องใช้ท่อและฮาร์ดแวร์แรงดันสูง และใช้งานภาคสนามได้ยาก" อาร์เกสกล่าว "ในทางกลับกัน MCDI มีประสิทธิภาพ พกพาสะดวก และประหยัดพลังงาน" กระตุ้นด้วยไฟฟ้าจากแบตเตอรี่หรือพลังงานแสงอาทิตย์ MCDI ใช้เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนและอิเล็กโทรดที่มีรูพรุนเพื่อแยกไอออน เช่น โซเดียมและคลอไรด์ออกจากน้ำ จากข้อมูลของ Arges วิธีนี้ใช้ได้ผลกับน้ำบาดาลหรือน้ำกร่อย แต่ไม่สามารถชำระล้างแหล่งน้ำที่มีความเข้มข้นสูงอย่างเพียงพอ เช่น น้ำทะเล Arges กล่าวว่า "กระแสไฟฟ้ากระตุ้นโซเดียมไอออนให้เคลื่อนผ่านเยื่อแลกเปลี่ยนประจุบวกไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีประจุลบ ในขณะที่ไอออนของคลอไรด์จะเคลื่อนผ่านเยื่อแลกเปลี่ยนไอออนไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีประจุบวก ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าหลักการของการดูดซับด้วยไฟฟ้า" Arges กล่าว เครื่องกรองน้ำ "การจับไอออนจากของเหลวทำให้ได้น้ำที่ปราศจากไอออนและสามารถดื่มได้" เมื่อมีการบำบัดน้ำในหน่วย MCDI มากขึ้นเรื่อยๆ อิเล็กโทรดจะอิ่มตัวด้วยเกลือ ทำให้ไม่สามารถกำจัดเกลือออกจากน้ำได้มาก ณ จุดนี้ Arges กล่าวว่าขั้วไฟฟ้าสามารถสร้างใหม่ได้โดยการชะลอการไหลของน้ำและพลิกขั้วของเซลล์ Arges กล่าวว่า "ขั้นตอนนี้ในกระบวนการทำให้สูญเสียน้ำบางส่วน แต่ยังผลิตพลังงานไฟฟ้าที่สามารถกู้คืนได้และนำไปใช้กับรอบการกลั่นน้ำทะเลถัดไปเพื่อลดภาระด้านพลังงานโดยรวม" Arges กล่าว "สิ่งนี้ทำให้ MDCI ยังคงประหยัดพลังงานได้" เพื่อปรับปรุงผลกระทบของ MDCI ต่อแหล่งน้ำที่มีความเข้มข้นมากขึ้น Arges และทีมงานของเขาจะออกแบบโมดูลเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ใช้ใน MCDI ใหม่ ด้วยเครื่องมือจาก Nanofabrication Lab ใน Penn State Materials Research Institute นักวิจัยจะสร้างหลุมขนาดเล็กด้วยกล้องจุลทรรศน์ในรูปแบบที่เชื่อมต่อกันบนพื้นผิวเมมเบรน สิ่งนี้จะเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างเมมเบรนและอิเล็กโทรด ปรับปรุงการสัมผัสและลดระยะทางที่ไอออนของโซเดียมและคลอไรด์ต้องเดินทางข้ามส่วนต่อประสานระหว่างเมมเบรนกับอิเล็กโทรด นอกจากนี้ หลุมยังช่วยให้วัสดุอิเล็กโทรดกักเก็บโซเดียมและคลอไรด์ไอออนได้มากขึ้น สิ่งนี้ช่วยให้ผู้ใช้สามารถกรองน้ำให้บริสุทธิ์ได้เป็นระยะเวลานานก่อนที่จะหันไปใช้กระบวนการสร้างใหม่ หากประสบความสำเร็จ หน่วย MCDI ที่ได้รับการปรับปรุงจะสามารถชำระล้างได้ไม่เพียงแค่น้ำบาดาลและน้ำกร่อยเท่านั้น แต่ยังรวมถึงน้ำทะเลด้วย Arges กล่าว ในการวิจัยก่อนหน้านี้ Arges และทีมของเขาประสบความสำเร็จในการใช้รูปแบบเมมเบรนที่คล้ายกันเพื่อแยกไฮโดรเนียมและไฮดรอกไซด์ไอออนออกจากน้ำในเมมเบรนสองขั้วเพื่อสร้างออกซิเจนและไฮโดรเจนในเซลล์อิเล็กโทรไลซิส "เนื่องจากแนวทางที่เสนอสำหรับทุนนี้เคยได้ผลสำหรับเราในอดีต เราเชื่อว่าพื้นที่ผิวสัมผัสที่เพิ่มขึ้นจะลดความต้านทานการขนส่งไอออนิก ซึ่งนำไปสู่น้ำที่สะอาดขึ้นในปริมาณที่มากขึ้น" Arges กล่าว