مروري بر نانومواد جديد به‌منظور نمك‌زدايي آب دريا: روندها و چالش‌ها

A review of new nanomaterials for seawater desalination: trends and challenges

حتي با وجود پوشيده شدن بيش از 70 درصد زمين توسط آب، جهان از كمبود آن رنج مي‌برد. بحران كمبود منابع آبي در تمام دنيا باعث شده است تا توجه زيادي به توسعه فن‌آوري‌هاي جديد به‌منظور توليد آب پاك جلب شود. اين امر به اين دليل است كه بيشترين منابع آبي جهان را آب‌هاي شور تشكيل مي‌دهند. علاوه بر اين، بيشتر منابع آب شيرين در جهان منجمد هستند. بنابراين ما مي‌توانيم براي زنده ماندن به حدود 2 درصد از كل منابع آب شيرين در زمين تكيه كنيم. در اين مقاله دسته‌هاي مختلف نانومواد سنتز شده براي نمك‌زدايي موثر آب مورد بحث قرار مي‌گيرد. نوع ماده مورد استفاده (آلي/غير آلي)، روش تهيه، اندازه منافذ و شيمي سطح، استحكام مكانيكي و زيست تخريب‌پذيري به‌عنوان ملاحظات مهم براي سنتز چنين نانوموادي مطرح شدند. در بين روش‌هاي آماده‌سازي، روش‌هاي رسوب‌دهي، بخار شيميايي سل-ژل و شيميايي تاكنون مقرون‌به‌صرفه‌ترين روش‌ها بوده‌اند. اندازه منافذ و شيمي سطح به‌عنوان ملاحظات حياتي براي حذف انتخابي يون‌هاي نمك و كنترل تمايل رسوب‌گذاري گزارش شده‌اند. مواد مبتني بر كربن (CNT‌ها، گرافن)، آكواپورين، زئوليت‌ها و خاك رس و نانوذرات اكسيد فلز به‌عنوان مواد غشايي با پتانسيل نمك‌زدايي اميدواركننده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. با اين حال، قابليت بازيافت نانومواد به‌كار رفته براي نمك‌زدايي و اثرات زيست‌محيطي آن‌ها همچنان يك چالش و نسبتاً ناشناخته است. استفاده از اين نانومواد پيشرفته در غشاها براي اسمز معكوس، تقطير غشايي، اسمز مستقيم، تبخير و الكترودياليز، بخش عمده‌اي از پيشينه تحقيق را تشكيل مي‌دهد.

Even though more than 70% of the earth is covered by water, the world suffers from its lack. The crisis of lack of water resources all over the world has caused a lot of attention to be drawn to the development of new technologies in order to produce clean water. This is because most of the world s water resources are salt water. In addition, most of the fresh water sources in the world are frozen. So we can rely on about 2% of the total fresh water supply on earth to survive. In this article, different categories of nanomaterials synthesized for effective water desalination are discussed. The type of material used (organic/inorganic), preparation method, pore size and surface chemistry, mechanical strength and biodegradability were raised as important considerations for the synthesis of such nanomaterials. Among the preparation methods, precipitation methods, chemical sol-gel and chemical vapor have been the most cost-effective methods so far. Pore size and surface chemistry have been reported as critical considerations for selective removal of salt ions and control of fouling propensity. Carbon-based materials (CNTs, graphene), aquaporin, zeolites and clays, and metal oxide nanoparticles have been used as membrane materials with promising desalination potential. However, the recyclability of nanomaterials used for desalination and their environmental effects are still a challenge and relatively unknown. The use of these advanced nanomaterials in membranes for reverse osmosis, membrane distillation, direct osmosis, evaporation and electrodialysis constitutes a major part of the research background.