Πώς να μετατρέψετε το θαλασσινό νερό σε γλυκό
Τα ανθρώπινα όντα δεν μπορούν να επιβιώσουν χωρίς νερό Αν και υπάρχει πολύ νερό στη γη, είναι κρίμα που υπάρχει πολύ λίγο γλυκό νερό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο. Όταν τα ανθρώπινα όντα μπερδεύονται από την έλλειψη νερού, αναμφίβολα θα στρέψουν την προσοχή τους στο θαλασσινό νερό, το οποίο είναι πολύ περισσότερο από το γλυκό νερό. Το θαλασσινό νερό περιέχει 3,5% ενώσεις αλατιού Το πώς να αφαιρέσετε αυτές τις ενώσεις από το νερό με χαμηλό κόστος ήταν πάντα ο στόχος των χημικών.
Επί του παρόντος, οι ευρέως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι αφαλάτωσης θαλασσινού νερού είναι οι εξής:
Απόσταξη. Η θέρμανση του θαλασσινού νερού μετατρέπει το νερό σε ατμό, ο οποίος στη συνέχεια συμπυκνώνεται. Δεδομένου ότι τα άλατα που διαλύονται στο θαλασσινό νερό δεν θα βγουν με τον ατμό, το νερό που λαμβάνεται είναι σχεδόν καθαρό απεσταγμένο νερό. Ωστόσο, τόσο η θέρμανση όσο και η συμπύκνωση απαιτούν ενέργεια. Χρειάζονται 2,3 kilojoules ενέργειας για να εξατμιστεί 1 γραμμάριο νερού. Αυτή η μέθοδος λοιπόν μπορεί να είναι επείγουσα, αλλά δεν είναι μακροπρόθεσμη λύση.
μέθοδο ανταλλαγής ιόντων. Το διαλυμένο στο νερό άλας υπάρχει με τη μορφή κατιόντων και ανιόντων. Αν υπήρχε κάτι που θα μπορούσε να αφαιρέσει αυτά τα ιόντα, τότε το νερό θα καθαριζόταν. Οι ρητίνες ανταλλαγής ιόντων έχουν τέτοιες δυνατότητες. Η ιοντοανταλλακτική ρητίνη είναι ένα αδιάλυτο στο νερό πολυμερές υλικό με δομή δικτύου. Είναι σαν ένα μεγάλο δέντρο με πολλά κλαδιά, και κάθε κλαδί έχει μια τσέπη. Όταν διέρχεται το θαλασσινό νερό, τα κατιόντα θα ανταλλάσσουν τα ιόντα υδρογόνου στους «θύλακες» της κατιονανταλλακτικής ρητίνης και τα ανιόντα θα ανταλλάσσουν τα ιόντα υδροξειδίου στους «θύλακες» της ρητίνης ανταλλαγής ανιόντων και όταν τα ιόντα υδρογόνου και τα ιόντα υδροξειδίου συναντιούνται, μετατρέπονται σε νερό.
Ωστόσο, η ιοντοανταλλακτική ρητίνη θα φτάσει σε κορεσμό αφού χρησιμοποιηθεί για ένα χρονικό διάστημα.Πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνεχώς η ιοντοανταλλακτική ρητίνη; Δεδομένου ότι η ανταλλαγή ιόντων είναι αναστρέψιμη, μπορεί να ανανεωθεί με αντίστροφη ανταλλαγή με οξύ και αλκάλιο αντίστοιχα, έτσι ώστε η ιοντοανταλλακτική ρητίνη να μπορεί να χρησιμοποιηθεί επανειλημμένα. Ωστόσο, η μέθοδος ανταλλαγής ιόντων έχει περιορισμένη ικανότητα επεξεργασίας και απαιτεί μεγάλη ποσότητα οξέος και αλκαλίου για την «αναγέννηση» της ρητίνης. Εάν χρησιμοποιηθεί σε μεγάλες ποσότητες για αφαλάτωση θαλασσινού νερού, το κόστος είναι πολύ υψηλό. Επομένως, αυτή η τεχνολογία είναι επί του παρόντος κυρίως χρησιμοποιείται για περαιτέρω καθαρισμό του νερού.
αντίστροφη ώσμωση. Η όσμωση είναι ένα πολύ κοινό φυσικό φαινόμενο στη φύση. Για παράδειγμα, τα φυτά βασίζονται στην όσμωση των ριζών τους για να απορροφήσουν νερό και η ωσμωτική ισορροπία είναι επίσης εξαιρετικά σημαντική για τις δραστηριότητες της ανθρώπινης ζωής. Η διαπερατότητα επιτυγχάνεται μέσω ενός υλικού που ονομάζεται ημιπερατή μεμβράνη. Μια ημιπερατή μεμβράνη επιτρέπει στο νερό να περάσει ελεύθερα, ενώ άλλες χημικές ουσίες στο νερό δεν μπορούν να περάσουν.
Εάν η αριστερή πλευρά της ημιπερατής μεμβράνης είναι καθαρό νερό και η δεξιά πλευρά είναι το διάλυμα, το νερό που διέρχεται από την ημιπερατή μεμβράνη από την πλευρά του καθαρού νερού θα είναι πολύ περισσότερο από το νερό που διέρχεται από την ημιπερατή μεμβράνη στη δεξιά πλευρά του διαλύματος . Αυτό συμβαίνει επειδή η πίεση κορεσμένων ατμών πάνω από το καθαρό νερό (P0 ) είναι μεγαλύτερη από την πίεση κορεσμένων ατμών (P) πάνω από το διάλυμα. Όταν τόσο το καθαρό νερό όσο και το διάλυμα βρίσκονται υπό πίεση 1,01×10 Pa (1 atm), η ισχύς που οδηγεί την κίνηση των μορίων του νερού προσδιορίζεται από την πίεση κορεσμένων ατμών. Έτσι η στάθμη του υγρού στην πλευρά του καθαρού νερού πέφτει και η στάθμη του υγρού στην άλλη πλευρά του διαλύματος ανεβαίνει.Όταν επιτευχθεί μια ορισμένη διαφορά στάθμης, επιτυγχάνεται η ισορροπία.Αυτό είναι το φαινόμενο της όσμωσης. Η επιδερμίδα στη ρίζα ενός φυτού είναι μια τέτοια ημιπερατή μεμβράνη.
Η κατάσταση αντιστρέφεται εάν ασκηθεί πίεση πάνω από το διάλυμα έτσι ώστε η συνολική πίεση πάνω από το διάλυμα να είναι μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική πίεση πάνω από το καθαρό νερό. Αυτή τη στιγμή, η ισχύς για την οδήγηση μορίων νερού μέσω της ημιπερατής μεμβράνης εξαρτάται από τη διαφορά πίεσης μεταξύ των δύο πλευρών. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά πίεσης, τόσο περισσότερο νερό στο διάλυμα θα ρέει μέσω της ημιπερατής μεμβράνης προς το καθαρό νερό.
Η μέθοδος παραγωγής γλυκού νερού από θαλασσινό νερό με αντίστροφη όσμωση ονομάζεται επίσης «τεχνολογία μεμβράνης». Το κλειδί του βρίσκεται στην ημιπερατή μεμβράνη. Αυτό το στρώμα μεμβράνης πρέπει να έχει μια ορισμένη αντοχή, γιατί πρώτον, η διαδικασία επεξεργασίας πρέπει να είναι υπό πίεση· δεύτερον, πρέπει να έχει 100% επιλεκτικότητα και μόνο νερό να μπορεί να περάσει, ενώ άλλες χημικές ουσίες δεν μπορούν να περάσουν· τέλος, θα πρέπει έχουν σχετικά μεγάλη απόδοση για να επιταχύνουν τη διαδικασία προετοιμασίας. Τα υπάρχοντα προβλήματα των ημιπερατών μεμβρανών είναι το υψηλό κόστος και η μικρή διάρκεια ζωής. Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του διαλύματος που υποβάλλεται σε επεξεργασία, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια ζωής της μεμβράνης. Εάν αυτά τα δύο προβλήματα μπορούν να λυθούν, η τεχνολογία μεμβράνης θα γίνει η πιο πολλά υποσχόμενη μέθοδος για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού.
