Graphene bazlı Su Filtrasyon Sistemleri: Su İçmeye Giriş

Urgent Advanced Water Purification için ihtiyaç

Temiz içme suyu için erişim, yirmi birinci yüzyılın en acil zorluklarından biridir. Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, iki milyardan fazla insan su hizmetlerini güvenle yönetmeye devam etmektedir. Patojenik bakterilerden ve virüslerden ağır metallere, pestisitlere kadar uzanan aşırı derecede düşük maliyetli, kalıcı su arıtma yöntemlerine sahiptir - klorlama, su arıtma yöntemleri gibi - bu tür iki milyardan fazla insan, ve geleneksel membran filtrasyona sahiptir - bu tür ilaçlar için pahalı veya yetersizdir.

What Is Graphene?

Graphene, 2010 yılında Nobel Ödülü'nü kazanan tek bir atomik tabakadır, çünkü olağanüstü özellikleri için yoğun bir şekilde incelenmiştir.Bir grafikte kullanılan bir atom kalınlığı sadece bir atom kalınlığıdır, ancak çelikten yaklaşık 200 kat daha güçlüdür.

Grafikteki filtrasyon potansiyelinin yapısında önemli. Mükemmel bir grafikte lattice, protonlar dışında tüm moleküllere engelleyicidir, yani küçük gaz molekülleri bile nano ölçekli gözenekleri tanıtarak veya grafikte bulunan diğer malzemeler kullanarak geçiş yapamaz.

Graphene-Based Su Filtreleri Nasıl Çalışıyor

Nanotrasyon Temelleri

Grafene bazlı su filtreleri, bir dizi gözenekler içeren ince bir grafik veya grafik membranı üzerinde çalışır: 0,3 inçlik bir nanometreler, boyut içinde yaklaşık 0.27 nanometreler, daha büyük kirleticiler ile baskıya uğrarlar - bakteriler (yaklaşık 0,5-5 mikrometre), virüsler (20-400 nanometre), metal iyonlar (yaklaşık sıfatlar)

Grafen Membranların Türleri

Grafik tabanlı membranların birkaç konfigürasyonları geliştirildi:

Yüzey Kimyasının Rolü

Fiziksel sieving, grafikene oksit membranları, simetrik etkileşimler ve adsorpsiyonlar aracılığıyla kirleticileri kaldırabilir. GO çarşaflar üzerindeki oksijen fonksiyonel gruplar, kurşun, jimyum ve arsenic gibi ağır metal iyonları çekerler. Benzer şekilde, büyük yüzeysel olmayan mikroorganizmalar alanı - 2,600 metrekarelik bir miktar per gram - organik kirleticiler ve boyalar için bol bağlayıcı siteler sunar.

Graphene Filtrelerinin Avantajları

Unmatched Filtration Verimliliği

Graphene membranları, geniş bir kirletici yelpazesi için% 99.9'u aşabilir (örneğin, bakteri (örneğin, chromium) ve organik boyalar. Bazı çalışmalarda, GO membranlar, tahmin edilen% 85'i (örneğin, virüs, norovirüs), ağır metaller (örneğin, transfeksiyon, chromium) ve organik boyalar için çok sayıda mikrojeziğe ihtiyaç duyar.

Yüksek Su Permeability

Grafiksel tabaka atomik olarak ince olduğundan, su basıncı ve membran alanı için minimum dirençle karşılaşılır. Graphene membranları, su flux değerlerini, benzer porselen boyutlardan daha yüksek çeşitli derecelerde çalıştırabilecek birkaç dereceye sahiptir.Bu, belirli bir basınç ve membran alanı için, bir grafik filtrenin birim zamanında daha temiz su üretebilir, enerji tüketimi ve ekipman boyutunu azaltır. Pratik anlamda, bu daha küçük basınçlarda daha hafif filtrasyon birimleri - daha düşük basınçlarda çalışabilir.

Durability ve Long Lifespan

Graphene olağanüstü güçlü ve kimyasal olarak istikrarlıdır. Polimer membranlarının aksine, klora, diğer oksidatiflere veya sert pH koşullarına kıyasla daha az dirençlidir, grafik tabanlı malzemeler kimyasal saldırıya karşı dayanıklıdır.Bu direnç membran değiştirilmesi ve daha düşük uzun süreli işletme maliyetlerini azaltır.

Hafif ve Kompakt Tasarım

Grafikte incelik ve kuvvet, filtrasyon membranlarının son derece kompakt olabileceğini ifade eder. A grafikene tabanlı filtre elemanı, geleneksel spiral-wound veya boş-fiber modülünden daha iyi veya daha iyi performans elde ederken birçok kez incelenebilir.Bu kompaktlık, sırt çantalarında taşınabilir su temizleyicileri için olasılıklar açar, su şişeleri içine entegre edilebilir veya acil yanıtlarda dağıtılabilir.

Düşük Enerji Tüketimi

Çünkü grafik membranları aynı flux'a ulaşmak için daha düşük işletme baskıları gerektirir, filtrasyon işlemine ihtiyaç duyulan enerji azaltılır. - yerçekimi-fedilen veya düşük basınçlı sistemler - elektrik altyapısı olmadan kırsal topluluklarda kullanılanlar gibi - bu enerji verimliliği kritiktir. Büyük ölçekli belediye veya endüstriyel tesislerde bile, azaltılan pompalanan pompalanan enerji önemli operasyonel tasarruflara yol açabilir.

Zaman içinde Maliyet-Effectiveness Over Time

Grafiksel üretimin ilk maliyeti geleneksel membran malzemelerinden daha yüksek olsa da, daha uzun ömür boyu, daha düşük enerji tüketiminin kombinasyonu ve bakımın grafik filtrelerinin operasyonel yaşamlarında rekabet etmesi gerekir.In grafiken üretim süreçleri ölçeklendirmeye ve geliştirmeye devam ediyor, ön maliyetler daha geniş bir kullanıcı yelpazesine erişilebilir hale gelmek bekleniyor.

Global Etkisi ve Gerçek Dünya Uygulamaları

Evler için Doğrulama

Portreyeli grafik filtreleri ev kullanımı için geliştiriliyor, özellikle de merkezileştirilmiş su arıtmalarının mevcut olmadığı bölgelerde.Bir grafik membranı içeren küçük, kartuş bazlı bir filtre, yerçekimi-fedilen bir sisteme bağlanabilir ve elektrik veya karmaşık bakım örgütleriyle bir aile sağlayarak günde birkaç litre temiz su temin eder.

Acil ve Afet Yardımı

Doğal afetlerden sonra - yeraltı saha hastaneleri için uygun hale gelen sular - güvenli içme suyu ile ulaşıl sık sık tahrip edilir. Compact grafikene filtrasyon birimleri hızla havayla kaplı veya acil temiz su sağlayarak yardımcı işçiler tarafından gerçekleştirilir. hafif tasarım ve yüksek aktarımlar onları mobil alan hastaneler için uygun hale getirir, mülteci kampları ve geçici yerleşimler. Bazı prototip cihazlar nehirler, göller, göller veya hatta brackish ⁇ gibi su filtreleyebilir.

Belediye Su Tedavisi

Daha büyük ölçekli uygulamalar için, grafik membranlar mevcut belediye su arıtma tesislerine entegre edilebilir. Araştırmacılar, deniz suyunun Singapur, Çin gibi ülkelerde bulunan grafiksel tedavi veya desalinasyona dönüştürülmesini araştırıyorlar. Çünkü grafik membranlar gerçek dünya tedavi koşullarını yüksek reddedilmektedirler.

Endüstriyel Effluent Tedavisi

Ağır metaller, boyalar, çözücüler veya diğer kirleticiler içeren atık sular üreten sanayiler, örneğin tekstil boya tesisleri, hem su tüketimini hem de çevresel kirliliği azaltmak için grafikte filtrelerden yararlanabilirler.

Tarım Su Reuse

Tarımda, temiz su, sulama, hayvancılık ve gıda işleme için gereklidir. Graphene filtreler tarımı çalıştırabilir, geri dönüştürülmüş atık su veya brackish ⁇ , ek üretim için daha fazla su sağlar. Düşük enerji gereksinimleri özellikle uzak çiftlikte kullanılan güneş destekli veya kapalı pompalama sistemleri için değerlidir.

Overcome için meydan okumalar

Scalable ve Consistent Manufacturing

Büyük ata, defeksiz grafiklere uygun olarak şarj etmek büyük bir teknik meydan okumadır. Kimyasal buharlı tahliye (CVD) yüksek kaliteli grafiklere sahip olabilir, ancak onları yırtılma veya wrinkling olmadan yedekleyebilir, rulo açma veya Graphene oksit membranları zorlanır, otomatik olarak şarj edilebilir.

Membran Fouling

Tüm filtrasyon membranları, aşılama konusunda hassastır - membran yüzeyinde veya gözeneklerde kirleticilerin birikimi, su flux ve degradları zaman içinde ayırma performansı azaltır. Graphene membranları bağışıklık değildir. Organik madde, biyopolimerler, mineral ölçek ve mikrofilmler, yüzeydeki mikropartiküller, engeller ve artan hidrolik direnç Araştırmacılar, hidro-filikli gruplarının uzun süre boyunca verimli bir şekilde yayılması için çeşitli antifoulasyonları keşfederler.

Uzun Süreli Stability ve Aging

Gerçek dünya işletim koşulları altında grafiklere ait uzun vadeli performans hala değerlendiriliyor. klor, ozon, UV ışığı, yüksek basınç ve dalgalanma sıcaklıkları, özellikle membran yapısı veya yüzey kimyası üzerindeki kademeli değişikliklere neden olabilir. Graphene oksit, özellikle, zamanla azaltılabilir veya hidrolysis alabilir, membran yaşlanma, mekanik yorgunluk ve kimyasal bozulma ile ilgili interkatli çalışmaları değiştirir.

Ekonomik Viability

Uzun vadeli maliyet tasarrufu için potansiyele rağmen, grafikene filtrasyon sistemlerinin ilk sermaye maliyeti birçok topluluk ve küçük işletmeler için yasaklanabilir. Grafikte üretim maliyeti - özellikle yüksek kaliteli pristine grafiklerin maliyeti - poliamid veya polisulfone gibi geleneksel membran malzemelerinin önemli ölçüde daha yüksek olması. Ancak, grafik için piyasa hızla artıyor.

Düzenleme ve Sağlık Kabul

Grafik tabanlı malzemeler su arıtma uygulamalarında nispeten yeni olduğundan, onay ve sertifikasyon için düzenleyici çerçeveler hala gelişmektedir.Geçmiş nanopartiküllerin tedavi edilen suya ve sağlık etkilerini ele almak için gerekli olan sorular, grafikene genellikle biyo-term toksikolojik çalışmalar, grafikte toksik olmayan miktarların veya içme suyuna zarar vermelerini sağlamak için gerekli olacaktır.

Mevcut Araştırma ve Gelişen Yollar

Grafiksel su filtrasyon alanı hızla ilerliyor, dünya çapında yüzlerce araştırma grubu yeni malzemeler, tasarımlara ve içgörülere katkıda bulunuyor: Aktif araştırma alanları şunları içerir:

Kaynaklar:0Doğa Araştırma veritabanı[Dönem: 1) ve [[Dönemli:2) EPA su araştırma portalı) son bulguları ve düzenleyici gelişmeler hakkında devam eden güncellemeler sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Graphene tabanlı su filtrasyon sistemleri, yüksek verimlilikle gerçek bir atılımı temsil eder, düşük enerji kullanımı ve uzun operasyonel yaşam arayışı içinde, taşınabilir purifiers, endüstriyel efflu tedavi prensipleri ile grafiksel olarak erişilebilirlik tesislerinin olağanüstü fiziksel ve kimyasal özelliklerini birleştirerek, bu membranlar, yüksek verimlilikle geniş bir kirleticiler oluşturabilir ve su kullanımını azaltır, ancak araştırma ve ticari gelişim yolundaki ilerlemenin yolunu kolaylaştırır.