Чтобы собрать, очистить и утилизировать загрязненную воду, требуется много энергии. Некоторые загрязнители, такие как мышьяк, находятся в воде при низких концентрациях, для селективного удаления которых требуется наличие еще более энергоемких процессов.
В новой статье исследователи изучают водно-энергетические взаимодействия, и представляют устройство, которое может очищать и восстанавливать загрязненную мышьяком воду за один этап. Используя специализированные полимерные электроды, устройство может снизить содержание мышьяка в воде более чем на 90%, используя при этом примерно в 10 раз меньше энергии, чем другие методы.
Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials. Мышьяк - это природный элемент, который попадает в водоносные горизонты, ручьи и озера, когда вода вступает в реакцию с содержащими мышьяк породами, и считается очень токсичным. Это глобальная проблема, затрагивающая более 200 миллионов человек в 70 странах мира.
Не весь мышьяк одинаков, наиболее опасная форма мышьяка, известная как арсенит, очень активно реагирует с биологическими тканями, но она может быть преобразована в менее токсичную форму, называемую арсенатом, посредством простой реакции окисления.
«Можно удалить арсенит из воды, используя абсорбенты, специальные мембраны или выпаривание, но все это очень энергоемкие процессы, которые в конечном итоге оставляют много токсичных отходов». «Имея устройство, которое может улавливать арсенит с высокой селективностью и превращать его в менее токсичную форму, можно снизить токсичность отходов при очистке воды».
Устройство для проверки концепции объединяет этапы отделения и реакции загрязнений в одном блоке с электрокаталитической ячейкой - аналогично редокс-активным полимерам с батарейным питанием. Когда загрязненная вода поступает в устройство, первый полимерный электрод избирательно улавливает арсенит и направляет его на другой полимерный электрод, где он лишается двух своих электронов или окисляется с образованием арсената. Чистая вода покидает устройство, а отходы арсената концентрируются для дальнейшей утилизации.
«Процесс приводится в действие электрохимическими реакциями, поэтому для работы устройства не требуется много электричества, и он позволяет повторно использовать электроды». «Объединение этапов разделения и реакции в одном устройстве является примером того, что называется интенсификацией процессов, что, по некоторому мнению, является важным подходом для решения экологических проблем, связанных с энергией и водой, в частности, с количеством энергии, которое требуется для очистки и восстановления загрязненной воды».
По словам исследователей, в дополнение к повышению устойчивости и энергоэффективности, этот электрохимический подход имеет преимущества для развертывания в полевых условиях. Пользователи могут использовать солнечные батареи для питания устройства в районах, где не хватает электричества, например, в сельских районах Бангладеш, в стране, где более 60% населения страдают от воздействия воды, загрязненной мышьяком.
Источник: ILLINOIS.EDU
Написать комментарий
Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности