Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Membranların nano ölçekli yapısını kontrol etmek temiz su ihtiyacı için önelidir.

---

Membranlar tuzlu su için filtre görevi görür. Filtre edilmiş suyu tarım, enerji üretimi ve içme suyu için bile kullanılabiliriz. Şimdiye kadar basit bir süreç olarak görülmesine rağmen bilim insanlarını yıllardır şaşırtan karmaşıklıklar barındırıyor.

Penn State, Austin Texas Üniversitesi, Iowa Eyalet Üniversitesi, Dow Chemical Company ve DuPont Water Solutions'dan araştırmacılar, Science dergisinde membranların mineralleri sudan nasıl filtrelediğini anlamada önemli bir bulgu yayınladılar.

Penn State'de kimya mühendisliği ve malzeme bilimi mühendisliği profesörü Enrique Gomez, "Yıllardır kullanılmalarına rağmen, su filtreleme membranlarının nasıl çalıştığı hakkında bilmediğimiz çok şey var" dedi. "Su üretimi performansı için nano ölçekte membranın yoğunluk dağılımını nasıl kontrol ettiğinizin gerçekten önemli olduğunu gördük."

UT Austin İnşaat, Mimari ve Çevre Mühendisliği Bölümü'nden doçent olan Manish Kumar'ın eş başkanlığındaki ekip, tuzdan arındırma membranlarını belirlemek için atomik ölçekli ayrıntılı görüntülemeyi kimyasal bileşimi ortaya çıkaran tekniklerle birleştiren multimodal elektron mikroskobu kullandı. Araştırmacılar, polimer filmdeki yoğunluk değişimlerini, yaklaşık bir nanometre uzamsal çözünürlükle üç boyutlu olarak haritalandırdılar – bu yapı bir DNA ipliğinin çapının yarısından daha küçüktür. Gomez'e göre, bu teknolojik ilerleme, membranlardaki yoğunluğun rolünü anlamada kilit rol oynadı.

Araştırmacılar, kalınlığın son derece yoğun nano ölçekli bölgelerden veya "ölü bölgelerden" kaçınmak kadar önemli olmadığını keşfettiler. Gomez'e göre, bir anlamda, su üretimini en üst düzeye çıkarmak için membran boyunca daha tutarlı bir yoğunluk, kalınlıktan daha önemlidir. Bu anlayış, membran verimliliğini % 30 ila % 40 artırabilir ve daha az enerji ile daha fazla su filtrelenmesine neden olabilir.

Kumar, "Ters ozmoz membranları, suyu temizlemek için çok yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak onlar hakkında hala bilmediğimiz çok şey var" dedi. "Suyun içlerinden nasıl geçtiğini gerçekten söyleyemedik, bu nedenle son 40 yıldaki tüm iyileştirmeler aslında karanlıkta yapıldı."

Ters ozmoz membranları tek tarafa baskı uygulayarak çalışır. Su geçerken mineraller orada kalır. Araştırmacılar, membransız tuzdan arındırma işlemlerinden daha verimli olsa da, bunun hala çok büyük miktarda enerji gerektirdiğini, ancak membranların verimliliğinin artırılmasının bu yükü azaltabileceğini söyledi.

Gomez, "Tatlı su yönetimi dünya çapında önemli bir zorunluluk haline geliyor" dedi. "Kıtlıklar, kuraklıklar - şiddetli kurak hava koşullarının artmasıyla bu sorunun daha da önemli hale gelmesi bekleniyor. Özellikle kaynakların az olduğu bölgelerde temiz suyun mevcut olması kritik derecede önemlidir."

Ekip, membranların yapısının yanı sıra tuzdan arındırma sürecindeki kimyasal reaksiyonları incelemeye devam ediyor. Ayrıca, araştırmacılar bakteri üreme oluşumunu engelleyebilen zar yapıların nasıl geliştirileceğini de inceliyorlar.

Gomez,  "Verimli filtrelemenin önemli faktörlerini açıklığa kavuşturmak amacıyla daha yüksek performanslı malzemelerle tekniklerimizi geliştirmeye devam ediyoruz" dedi.

Çeviren ve Derleyen : Melike Yalabık 

Kaynak:

https://phys.org/news/2020-12-nanoscale-membranes-key.html

---