Соль — налево, вода — направо

Потребность в опресненной воде, а точнее – в приборах по опреснению соленой воды, весьма высока. Крупные опреснительные станции успешно снабжают питьевой водой целые города. Но если вы оказались один на один со стихией, и жажда тянет к вашему горлу свои шершавые руки? Необходим портативный опреснитель. Именно такой наноразмерный прибор разрабатывает группа инженеров во главе с Йонгун Ханом.

Самый распространенный метод опреснения воды – обратный осмос. «Популярная механика» напоминает, что под осмосом понимают процесс «выравнивания» концентрации растворенных элементов (например, солей) в растворах (например, в сосудах, разделенных полупроницаемой мембраной). Обратный осмос требует приложения к соленой воде очень высокого давления, которое буквально «выдавливает» ионы соли через мембрану. Работающие на этом принципе опреснители обычно очень массивны, они обеспечивают водой целые города. Но все они действуют очень медленно и неспособны самостоятельно справиться с другими загрязнителями, размер молекул которых существенно отличается от размеров ионов соли.

Команда инженеров во главе с Йонгун Ханом (Jongyoon Han) решила подойти к задаче совершенно с иной стороны. Жидкость с растворенными в ней электрически заряженными частицами (воду с ионами соли) можно пропустить сквозь миниатюрный канал, который на конце раздваивается. Каждая молекула сама «решает», в каком направлении двигаться дальше. Но ученые не дают этому решению свободы: к одному из рукавов канала приложено напряжение, которое отталкивает заряженные частицы (ионы соли), которые просто вынуждены двигаться в другом направлении. Молекулы воды, как целое, электронейтральны, и потому движутся в обоих направлениях с одинаковой «охотой». В итоге получается, что один из потоков более насыщен солями, чем исходный раствор, а второй – чист.
Апробируя эту технологию, ученые заодно посмотрели, насколько эффективно она удаляет и другие потенциально возможные загрязнения, включая бактерии. Живые клетки вообще электрически не нейтральны, так что авторы просто добавили к исходному соленому раствору красные кровяные тельца, помеченные флуоресцентным красителем, и «прогнали» его через свое миниатюрное устройство. На выходе они получили два раствора: один концентрированный, очень соленый, и флуоресцирующий, а второй – практически чистый.
Рабочий прототип такого опреснителя имеется и действует. Теперь перед инженерами встает другая задача – научиться объединять такие микроскопические приборы в массивы, работающие, как единое целое. В идеале, у них должно получиться удобный портативный опреснитель, работающий от солнечных батареек. Настоящая мечта каждого любителя экстремальных путешествий и просто предусмотрительного человека.
По расчетам авторов, для создания подобного аппарата понадобится объединить около 1600 микроскопических устройств в единое «полотно» около 20 см в поперечнике. Тогда оно будет давать более чем достаточные 300 мл воды каждую минуту.

По капле: Карманный опреснитель
Живые машины очищают воду каскадом кадок
Разработан метод очистки воды видимым светом