Разработан первый в мире ионный насос без движущихся частей для очистки воды и добычи лития
Группа исследователей из Калифорнийского университета в Ирвайне и Тель-Авивского университета представила инновационный ионный насос, работающий по принципу храповика, который способен совершить революцию в области опреснения воды и энергетических проектах.
Это первое в своем роде устройство не имеет движущихся частей, не требует топлива и не использует химических реакций, перемещая заряженные частицы через жидкость исключительно с помощью низковольтного электрического сигнала. В ходе испытаний команде удалось добиться 50-процентного удаления соли из воды, используя этот метод.
Управление движением ионов имеет решающее значение для множества процессов — от получения чистой воды до понимания биологии человека, однако существующие насосы часто ограничены сложными и дорогостоящими химическими процессами.
Традиционные системы потребляют огромное количество энергии и зависят от электрохимических реакций, что снижает их общую эффективность, но новая технология обходит эти препятствия, заменяя энергоемкие химические методы более чистым и рациональным электрическим подходом.
Устройство представляет собой тонкую пористую пластину, покрытую металлическими слоями, а воздействие на нее быстро включающимся и выключающимся низковольтным сигналом создает так называемый эффект храповика.
Этот новый ионный насос функционирует как твердотельный контроллер трафика для молекул, используя нанопористую мембрану, зажатую между двумя ультратонкими металлическими слоями, и использует асимметричную зарядку и разрядку этих металлических поверхностей в жидкости путем быстрой пульсации низковольтного электрического поля.
Создаваемый дисбаланс формирует встроенное напряжение, которое проталкивает ионы в одном постоянном направлении без необходимости в сложных химических реакциях или высоком потреблении энергии, характерных для традиционных фильтров.
Для подтверждения концепции исследователи создали твердотельную систему деионизации, которая успешно удалила 50 процентов соли из воды при минимальном напряжении, а комбинируя насос с ион-селективными мембранами, ученые продемонстрировали способность устройства поддерживать устойчивый поток частиц даже при противодействии внешних сил.
По словам исследователей, селективное разделение может быть полезно для самых разных областей: от более эффективной очистки питьевой воды до извлечения ионов лития из морской воды, создания биомедицинских устройств и переработки материалов аккумуляторов.
Особо отмечается, что способность удалять следовые количества ионов из жидкой массы может стать революционной для очистки воды, загрязненной тяжелыми металлами. Точность технологии позволяет воздействовать на токсичные вещества, такие как свинец, в концентрациях всего несколько частей на миллиард, не удаляя при этом необходимые человеку минералы. Это открывает путь к недорогому опреснению, высокоэффективной переработке аккумуляторов, добыче лития из океана и созданию усовершенствованных медицинских имплантатов.
Результаты исследования были в журнале Nature Materials.