Pustietatea apei este o problemă majoră în întreaga lume. „Afectează fiecare continent”, spune Amir Barati Farimani, profesor asistent de inginerie mecanică. „Patru miliarde de oameni trăiesc în condiții de penurie severă de apă cel puțin o lună pe an. Jumătate de miliard de oameni trăiesc în condiții de penurie severă de apă tot anul.”
Și totuși, chiar dacă oamenii se luptă fără acces la apă potabilă sigură, există oceane de apă nepotabilă chiar în fața ușilor lor. „71% din suprafața lumii este acoperită de apă de mare”, spune Barati Farimani. „Deci aceasta este o contradicție foarte interesantă.”
Pentru a combate această problemă, Barati Farimani și-a concentrat cercetările asupra desalinizării apei. Acesta este procesul prin care apa de mare sărată poate fi transformată în apă dulce.
Există multe modalități de desalinizare a apei, dar una dintre cele mai eficiente este desalinizarea cu membrană. În această metodă, apa este împinsă printr-o membrană subțire cu găuri mici. Apa curge prin pori, dar ionii de sare nu o pot face, lăsând doar apă dulce pe partea cealaltă.
Sursa: Colegiul de Inginerie
Un cadru metal-organic (MOF) conductiv este un nou tip de membrană pentru desalinizarea apei.
În cea mai recentă cercetare a sa, Barati Farimani explorează potențialul unui nou tip de membrană, numită cadru metal-organic (MOF). „Aceste membrane constau atât din centrul metalic, cât și din compusul organic”, spune Barati Farimani. Compusul organic și metalul se conectează într-un model pentagonal, lăsând o gaură în centru care servește drept por. „Dacă vă uitați la ele, sunt ca un fagure de miere”, adaugă Barati Farimani.
Există câteva motive pentru care structura este mai eficientă. În primul rând, este incredibil de subțire. Are o grosime de câțiva atomi, ceea ce înseamnă că există foarte puțină fricțiune atunci când moleculele de apă trec prin pori.
În plus, amplasarea porilor ajută la permeabilitate. „Atunci când nu aveți pori adiacenți, există o presiune uriașă din partea peretelui asupra moleculelor”, spune Barati Farimani. Acest lucru face ca procesul de desalinizare să fie mai puțin eficient. Pentru a înțelege de ce, imaginați-vă că turnați apă într-o pâlnie. Apa se mișcă mai încet prin gaura de la capăt, deoarece este împinsă de pereți și forțată să treacă printr-un spațiu mic.
MoF, pe de altă parte, are mai mulți pori adiacenți. „Nu există presiune din partea peretelui”, spune Barati Farimani. „Și asta le oferă această oportunitate de a trece mai ușor prin pori”. Imaginați-vă că turnați apă printr-o strecurătoare de data aceasta – se mișcă mult mai repede, deoarece are mai multe puncte de ieșire prin care poate scăpa.
În cele din urmă, MOF-ul are mai multă integritate structurală decât alte materiale. În majoritatea materialelor, oamenii de știință trebuie să facă găuri minuscule pentru a crea porii necesari, ceea ce limitează cantitatea care poate fi creată pe suprafață. „Dacă doriți să faceți o mulțime de pori, grafenul sau MoS2 nu pot face acest lucru”, spune Barati Farimani. „Din punct de vedere structural, ele nu pot menține presiunea”.
Dar, datorită structurii sale alveolare, MOF este intrinsec poros. Acest lucru permite un raport mai mare între pori și suprafață. De asemenea, economisește timp și energie, deoarece porii nu trebuie să fie găuriți sau chiar ajustați în dimensiune.
Diferențele dintre MOF și alte membrane tipice sunt notabile, atât în ceea ce privește rapiditatea cu care trece apa, cât și în ceea ce privește numărul de ioni respinși. Și asta doar uitându-ne la o simulare a câtorva pori. O instalație de desalinizare poate avea miliarde de pori, ceea ce îi crește exponențial eficiența. „La scara unei operațiuni mari, ar fi imens”, spune Barati Farimani. „Chiar și o ușoară creștere a eficienței ar însemna un salt uriaș”.
Trebuie să asigurăm apă proaspătă pentru mulți oameni defavorizați. Aceasta este misiunea noastră – să o facem atât de eficientă din punct de vedere energetic încât să avem desalinizare a apei peste tot.”
Amir Barati Farimani, profesor asistent , Inginerie mecanică
Articolul lui Barati Farimani despre cercetarea sa a fost publicat în Nano Letters, o revistă științifică lunară evaluată de colegi, publicată de American Chemical Society. Acesta se adaugă la o conversație în creștere despre desalinizarea apei și reprezintă un important pas înainte în acest domeniu.
În afară de lumea academică, Barati Farimani speră că cercetarea sa poate avea un impact în viața oamenilor. „Trebuie să asigurăm apă proaspătă pentru mulți oameni defavorizați, cum ar fi în Africa sau în alte locuri”, spune el. „Practic, aceasta este misiunea noastră – să o facem atât de eficientă din punct de vedere energetic încât să avem desalinizare a apei peste tot.”
.