Исследователи из Университета Калифорнии в Лос-Анжелесе разработали новый класс мембран обратного осмоса для опреснения воды; новые мембраны устойчивы к закупориванию, которое обычно происходит при очистке морской, соленой или отработанной воды пропусканием через мембраны.

Рисунок из Journal of Materials Chemistry, 2010; DOI: 10.1039/b926918e

Высокопроницаемая мембрана со структурированной поверхностью может быть легко использована в существующие коммерческие системы очистки воды, тем самым существенно снизив затраты на процедуры опреснения.

Опреснение с помощью обратного осмоса [reverse-osmosis (RO) desalination] заключается в том, что загрязненную воду продавливают через поры мембраны под давлением. Молекулы воды могут пройти через поры, в то время как ионы неорганических солей, органические вещества и другие примеси не могут пройти через мембрану. Через некоторое время после начала фильтрования примеси накапливаются на поверхности мембраны, закупоривают поры и приводят мембрану в негодность. При промышленном использовании очистных сооружений, работающих на основе принципа обратного осмоса необходимо тратить значительное количество энергии на увеличение давления закачки, а также предпринимать меры по очистке или замене загрязнившихся мембран. Новая мембрана, разработанная химиками из Калифорнии, отличается принципиально новым строением поверхности, которое позволяет избежать трудностей, упомянутых выше.

Возглавлявшая исследование Нэнси Лин (Nancy H. Lin) заявляет, что помимо хорошей проницаемости новая мембрана демонстрирует также возможность отталкивания примесей и высокую стабильность. Структурирование поверхности мембраны обходится без реакций, протекающих в течение длительного времени, высоких температур или создания разрежения, получение таких мембран может быть организовано и в промышленных масштабах.

Новую мембрану получили в результате трехстадийного процесса. На первом этапе исследователи с помощью процесса межфазной полимеризации получили полиамидную тонкопленочную мембрану. Затем поверхность мембраны была активирована при атмосферном давлении, такая обработка позволила создать активные центры на ее поверхности. На последнем этапе активные центры использовались для инициирования процесса прививки к поверхности полиамида полимерных «щеточек». Регулировать толщину полимерных «щеточек» и их размещение на поверхности можно за счет изменения температуры и времени процесса прививки.

Работавший над исследованием Йорам Коэн (Yoram Cohen) добавляет, что ранее для активации поверхности полимерной мембраны была необходима вакуумная камера, что не было удобным для промышленного производства мембран – получать тысячи квадратных метров при разрежении слишком дорого. Однако новая методика позволяет провести химическую активацию практически любой поверхности при атмосферном давлении.

Полимерные щетки, привитые к новой мембране, находятся в постоянном движении, их ковалентное связывание с основой приводит к значительной термической стабильности нового материала. Течение воды способствует движению щеточек, что дополнительно препятствует закреплению на мембране бактерий и коллоидных частиц.

Другой фактор, препятствующий адгезии частиц на мембране – заряд, накопленный на ее поверхности. Исследователи могут настроить положение и толщину полимерных щеток таким образом, чтобы получить поверхность определенного дизайна, способную накопить электрический заряд определенного знака. Исследователи планируют масштабировать получение мембран нового типа, разработать непрерывный процесс их получения и оптимизировать производительность мембраны в очистке водных ресурсов различного типа.

Источник: Journal of Materials Chemistry, 2010; DOI: 10.1039/b926918e