Yeni Teknoloji Membran Distilasyonu ile Atık Tuzlu Sulardan Tuz Arındırma Prosesi
Geleneksel membran damıtma sistemlerinde kullanılan sıcak tuzlu su, aşırı derecede koroziftir, bu nedenle kullanılan ısı değiştiricilerin ve diğer sistem elemanlarının pahalı olmasına neden olur ve su geri kazanımı da sınırlar (a). Bunu iyileştirmek için UCR araştırmacıları, gözenekli karbon nanotüp tabakasının bir Joule ısıtıcısı (c) olarak işlev gördüğü membran yüzeyinde yalnızca tuzlu suyu ısıtan kendinden ısıtmalı karbon nanotüp tabanlı bir membran geliştirdiler (b).
California Üniversitesindeki mühendisler, yüksek konsantrasyonlu tuz çözeltilerinden suyun yaklaşık %100’ünü geri kazanmak için yeni bir yol geliştirdi. Sistem, kurak bölgelerdeki su sıkıntılarını hafifletecek ve hidrolik kırılma atığı gibi yüksek tuz konsantrasyonuna sahip tuzlu suların bertarafı ile ilgili endişeleri de azaltacaktır.
Membran damıtma işlemleri boyunca temiz suyun geri kazanımını büyük ölçüde artıracak olan karbon nanotüp bazlı bir ısıtma elemanının geliştirilmesini içeren araştırma, Nature Nanotechnology dergisinde yayımlandı. Projenin başındaki kişi, UCR’nin Mühendislik Bourns Üniversitesi’nde Kimya ve Çevre Mühendisliği Profesörü olan David Jassby’dir.
Ters ozmoz; deniz suyu, atık su ve tuzlu su gibi sulardan tuzu ayırmanın en yaygın yöntemi olmasına rağmen, büyük miktardaki yüksek konsantrasyonlu tuzlu su çözeltilerini işleme yeteneğine sahip değildir. Tuzlu su olarak adlandırılan bu tür çözeltiler, ters ozmoz (atık ürünler) ve hidrolik kırma (üretilen su) sırasında büyük miktarda üretilmektedir ve çevre kirliliğini önlemek için de uygun bir şekilde bertaraf edilmesi gerekmektedir. Hidrolik kırma durumunda, üretilen su genellikle enjeksiyon kuyularından yeraltına bırakılmaktadır, ancak bazı araştırmalar bu uygulamanın yerel depremlerde bir artışa neden olabileceğini öne sürmektedir.
Tuz çözeltisini saflaştırma işleminin bir yolu da, membran distilasyonudur. Termal olarak tuzdan arındırma prosesi olarak kullanılan bu teknolojide, membran boyunca ısıtılan çözelti karşı tarafa su buharı olarak akarken, tuz geride kalmakta ve suyun geri kazanımı gerçekleşmektedir. Bununla birlikte, sıcak tuzlu su çözeltileri oldukça korozif olduğundan kullanılacak olan ısı değiştiriciler ve diğer sistem elemanları, geleneksel membran distilasyon sistemlerine göre daha pahalıdır. Ayrıca, işlem suyun ısı kapasitesine bağlı olduğundan, tek geçiş için geri kazanımlar oldukça düşüktür (yüzde 10’dan az), bu durum ise karmaşık ısı yönetimini gerektirmektedir.
Jassby, “İdeal bir senaryoda, termal tuzdan arındırma prosesi, tuzlu sudan alınan tüm suyun geri kazanılmasını sağlarken kullanılabilecek veya atılabilecek küçük miktarda katı ve kristalin bir tuz kütlesinin geride bırakılmasına olanak sağlayacak. Ne yazık ki, şu anki membran distilasyon işlemleri, membran üzerinde sıcak tuzlu suyun sürekli olarak beslenmesini gerektirmekte ve membran boyunca su geri kazanımını %6 limitinde sınırlamaktadır.” dedi.
Bunu iyileştirmek için, araştırmacılar kendiliğinden ısınan karbon nanotüp tabanlı bir membran geliştirdiler, bu membran sadece membran yüzeyinde tuzlu suyu ısıtmaktadır. Yeni sistem, proses için gerekli olan ısıyı azaltmakta ve geri kazanılan suyun verimini yaklaşık olarak %100’e yükseltmektedir.
Ekip, önemli ölçüde geliştirilen tuzdan arındırma performansına ek olarak, membranlı ısıtma elemanına alternatif akımların uygulanması ile tuzlu ortamdaki karbon nanotüplerinin bozulmasını nasıl önleyeceğini de araştırdı. Özellikle, nanotüplerin elektrokimyasal oksidasyonunun önlendiği bir eşik frekansı belirlendi ve nanotüp filmlerin performansında, herhangi bir azalma olmadan önemli ölçüde uzun süre çalıştırılması da sağlandı. Bu çalışma ile edinilen bilgiler sayesinde, nanotüplerin elektrokimyasal stabilitesinin sorun olduğu diğer uygulamalar için karbon nanotüp esaslı ısıtma elemanlarının kullanılması ile sorun çözülecektir.
Kaynak : sciencedaily.com
