Araştırmacılar Tuz ve Metal İyonlarını Sudan Filtrelemek İçin Verimli ve Sürdürülebilir Bir Yol Keşfetti. Dünyadaki iki milyar insanın temiz ve güvenli içme suyundan yoksun olması nedeniyle, Science Advances’de yayınlanan araştırma, bu durum yeni bir çözüm sunabilir.
Çözümün temelinde, en büyük iç yüzey alanına sahip inanılmaz yeni nesil malzeme olan metal-organik çerçevelere (MOF’ler) vardır. Sünger benzeri kristaller kimyasal bileşikleri yakalamak, depolamak ve serbest bırakmak için kullanılabilir. Bu duruma, deniz suyundaki tuz ve iyonlar da dahildir.
Etkin mineral ayırma, su arıtma ve enerji dönüşümü için çok hızlı iyon geçirgenliği ve yüksek iyon seçiciliği olan gözenekli zarlar son derece arzu edilir ancak sentetik membranlar kullanarak aynı valans ve benzer ebattaki monatomik iyonların verimli bir şekilde ayrılması hala büyük bir zorluk. Alkali metal iyonlarının ultra hızlı ve selektif olarak taşınması için angstrom boyutlu pencerelerden ve nanometre boyutlu boşluklardan oluşan üniform subnanometre gözenekli ZIF-8 ve UiO-66 membranlar dahil olmak üzere metal organik çerçeve (MOF) membranlar geliştirildi. Angström büyüklüğünde pencereler, alkali metal iyonlarının seçimi için iyon seçici filtreler olarak işlev görürken, nanometre boyutundaki gözenekler, çok hızlı iyon taşınması için iyon iletken gözenekler olarak işlev gördü ve ZIF-8 ve UiO-66 membranları LiCl / RbCI seçiciliği gösterdi.
Çalışma, Dr Huacheng Zhang, Profesör Huanting Wang ve Doçent Zhe Liu ve Avustralya Melbourne’daki Monash Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’ndeki CSIRO ekibinden Dr Anita Hill ve McKetta Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Benny Freeman’ın işbirliğiyle gerçekleştirildi. Texas Üniversitesi, geçenlerde MOF zarlarının organik hücre zarlarını filtreleme işlevini veya iyon seçiciliğini taklit edebildiğini keşfetti.
Daha fazla gelişme ile bu membranlar deniz suyundan tuzların uzaklaştırılması ve metal iyonlarının etkin ve maliyet açısından verimli bir şekilde ayrılmasını, su ve maden endüstrileri için devrim niteliğinde yeni bir teknolojik yaklaşım sunan işlevleri yerine getirme konusunda önemli potansiyele sahiptir.
Günümüzde, ters osmoz zarları, dünyandaki su arındırma kapasitesinin yarısından ve çoğu su arıtma sürecinin son aşamasından sorumludur, ancak bu zarların enerji tüketiminde sadece 2-3 oranında bir iyileşme alanı bulunmaktadır.
Madencilik endüstrisinde, su kirliliğini azaltmak ve değerli metalleri geri kazanmak için membran prosesleri geliştirilmektedir. Örneğin, lityum-iyon piller şu anda mobil elektronik cihazlar için en popüler güç kaynağı olmasına karşın, mevcut tüketim oranlarında, tuzlu sudan ve atık prosesinden geri kazanım gibi geleneksel olmayan kaynaklardan lityum üretimine ihtiyaç duyulması muhtemel bir talebin artmasına karşı söz konusudur. Ekonomik ve teknolojik olarak, bu tür kompleks bir sıvı sisteminden lityumun doğrudan ekstraksiyonu ve saflaştırılması, büyük ekonomik etkilere neden olacaktır.
Bu yeni araştırmalar sayesinde bu yenilikler artık mümkün. Monash Üniversitesi’nden Profesör Huanting Wang, “Bulgularımızı suyun tuzdan arındırma konusundaki zorlukları gidermek için kullanabiliriz. Bu araştırma, pahalı ve enerji yoğun proseslere güvenmek yerine, tuz iyonlarını sudan çok daha fazla enerji verimli ve çevreye uyumlu sürdürülebilir bir yol”dedi.
Bu çalışma, bu olgu için potansiyelin başlangıç.
Araştırmacılar, bu zarların lityum iyonu seçiciliğine nasıl daha fazla uygulanabileceğini araştırmaya devam edeceklerini söylüyor. Lityum iyonları deniz suyunda bol miktarda bulunur, bu nedenle maden endüstrisi için geçerli olabilecek etkileri vardır. Lityumu kayaçlardan ve tuzlu sudan çıkarmak için verimsiz kimyasal işlemler kullanılır. Elektronik ve piller için lityuma global talep çok yüksek. Bu membranlar, bol miktarda ve kolayca erişilebilir bir kaynak olan deniz suyundan lityum iyonu çıkarmanın çok etkili bir yolu olma potansiyeline sahiptir.
Austin Üniversitesi, Profesör Benny Freeman,” Teksas’taki şeyl gaz sahalarından üretilen suyun lityum bakımından zengin olduğu gibi bu gibi gelişmiş ayırma malzemeleri kavramları potansiyel olarak bu atık akışını bir kaynak kurtarma fırsatı haline getirebilir” diyor.
Bu çalışma, alt nanometre MOF gözeneklerinde monovalent iyonların ultra hızlı ve seçici taşınmasını ortaya koymakta ve ileride etkili iyon ayırımları için benzersiz MOF platformları geliştirmek için yeni bir yol açmaktadır.
Kaynak : PHYS
