مهندسین مواد، نوع جدیدی از فیلتر غشاء را تولید کرده اند که روغن را از آب جدا می کند و در صورت تکمیل فرایند تولید، می توان آن را در پاکسازی محیط زیست، تصفیه آب و کاربردهای دیگر صنعتی استفاده کرد. در واقع این فیلتر تصفیه آب با تکنولوژی جدیدش می تواند کاربردهای متنوع صنعتی و زیست محیطی داشته باشد.
یک ماده روغنی که دانه هگزادکین hexadecane نامیده می شود، بر روی این غشاء جدید که توسط مهندسین مواد در پوردو Purdue ساخته شده است، قرار دارد و می تواند روغن را از آب جدا کند. در صورت تکمیل فرایند تولید و انبوه سازی، این فیلتر تصفیه آب جدید می تواند در انواع دستگاه تصفیه آب نصب شده و برای پاکسازی محیط زیست، تصفیه آب و کاربردهای صنعتی استفاده شود.
محققین این مواد را به فیلترهای شیشه ای که معمولا در تحقیقات آزمایشگاهی استفاده می شوند، چسباندند و فیلتر تصفیه آب اصلاح شده، از طریق جذب آب در زمان دفع روغن کار میکند. این ها ویژگی های منحصر بفرد این فیلتر تصفیه آب هستند.
عمر تکنولوژی جدید، طولانی تر از فیلترهای معمولی است که در زمان جداسازی روغن از آب استفاده می شوند، و از طریق جذب آب و دفع همزمان روغن کار می کند. اینها ویژگی هایی هستند که متقابلا منحصر بفرد می باشند.
جفری یانگ بلودJeffrey Youngblood، استادیار مهندسی مواد در دانشگاه پوردو میگوید: "ما ترکیبی از آب آغشته به روغن را گرفتیم و از این فیلتر تصفیه آب عبور دادیم، ۹۸ درصد جداسازی انجام شد. این مساله بسیار خوب است، زیرا اگر شما فیلتر شیشه ای را با مواد ما اصلاح نمیکردید لزوما روغن از آن عبور میکرد. اما در صورتی که آن را با مواد ما اصلاح کنید تقریبا هیچ روغنی از فیلتر تصفیه آب عبور نمی کند."
یافته های این تحقیق در مقاله ای در ماه اکتبر در مجله کلوییدی و علوم مرتبط بصورت آنلاین و به تفضیل منتشر شد. مقاله ای که توسط یانگ بلودو Youngblood دانشجوی دکترای مهندسی مواد و شاگرد جان هاوارت John A. Howarter نوشته شد نیز در نسخه آینده مجله منتشر خواهد شد.
یافته ها نشان می دهند چگونه یک ماده روغنی بنام دانه هگزداین در زمان عبور آب بر روی غشاء می ماند. غشاء تصفیه آب شامل لایه ای از مواد بنام پلی اتیلن گلیکول polyethylene glycol است و هر مولکول از موادی شبیه تفلون - Teflon-like - یا "گروه عاملی" با فلورین fluorine ساخته شده است. مولکول های آب با پلی اتیلن گلیکول جذب شده اند، در عین حال از لایه تفلون مانندی عبور می کنند، که بعنوان یک مانع برای مولکول های روغن عمل می کنند.
محققان ماده را با محلول های حاوی روغن معلق در آب، شبیه به غلظت موجود در روغن و دیگر شرایط پاکسازی محیط زیست مورد آزمایش قرار دادند. یانگ بلود میگوید: "برای تصفیه آب و پاکسازی نشتی روغن (بعنوان مثال) می توانید آب آلوده را از طریق شاخه ای از این فیلترها عبور داده و نفت را حذف کنید."
همچنین امکان استفاده این فیلترهای تصفیه آب در کاربردهای دیگر پاکسازی از قبیل، از بین بردن روغن از پساب و فاضلاب کشتی، یا برای تمیز کردن انواع فاضلاب آلوده به روغن وجود دارد.
این تکنولوژی ممکن است در انواع دستگاه تصفیه آب که با روش اسمز معکوس کار می کنند هم استفاده شود. یک دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس در حال حاضر برای حذف روغن به یک "پیش فیلتر" نیاز دارد. برای جلوگیری از رسیدن روغن به غشای اسمز معکوس، که باعث خرابی غشا توسط روغن می شود، به فیلتر "انعقاد روغن" نیاز است. با این حال این فیلترهای انعقاد روغن معمولی، باید بطور منظم تعویض شوند. به دلیل اینکه آب در سیستم جریان دارد، روغن به فیلتر میچسبد و در نهایت آن را بدون اثر و بدون تغییرات منتقل می کند.
این تکنولوژی جدید تصفیه آب نیازی به تعویض زود به زود ندارد، زیرا روغن به مواد فیلتر نمی چسبد، در عوض قطرات روغن می توانند از طریق روش های معمولی در صنعت بنام تصفیه سازی جریان متقاطع تصفیه شوند.
یانگ بلود میگوید: "زمانیکه روغن در آب پراکنده است و با سطح فیلتر تصفیه آب برخورد می کند، ذرات روغن منعقد شده و به شکل قطرات بزرگ در می آیند. در صورتی که یک آب ترکیبی (روغن و آب) در فیلتر ریخته شود، لایه خامه مانندی از روغن در بالای مواد شکل می گیرد. هنگامی که مایع بر سطح مواد می نشیند، دانه هایی را شکل می دهد که انحنای مشخصی دارند و از طریق "زاویه تماس" مواد تشخیص داده می شوند. هر چقدر زاویه تماس بیشتر باشد مواد بیشتری به شکل دانه در می آیند. کاهش زاویه تماس، مانع از دانه ای شکل شدن مواد می شود.
یانگ بلود گفت: "این مواد در حالی که باعث به حداقل رسیدن زاویه تماس آب می شوند، زاویه تماس روغن را به حداکثر می رسانند، و علیرغم برگرداندن قطره های روغن، آب را در سراسر فیلتر جاری می سازند."
یکی از مزیت های کلیدی این دستاورد جدید در صنعت تصفیه آب نسبت به برخی از روش های معمول، این است که بدون استفاده از فیلترهای "منفذی نانو" روغن را از آب جدا می کند. فیلترهای حاوی منافذ بسیار کوچک، ملزم به جریان داشتن آب تحت فشار بالا می باشند، که انرژی زیادی مصرف می کنند.
یانگ بلود میگوید: "یکی از بزرگترین مشکلات این است که برای عبور مواد از منافذ بسیار کوچک به فشار زیادی نیاز است، هر چقدر که اندازه منافذ کم شود، فشار باید بالا برود. بنابراین ایده ال شما استفاده از میکروفیلتراسیون بجای نانو فیلتراسیون است."
مواد جدید شامل منافذ بین ۱۰ و ۱۷۴ میکرون یا یک میلیونیم متر است. به دلیل اینکه منافذ نسبتا درشت هستند، آب آلوده به روغن، نیازی به تحت فشار قرار گرفتن توسط پمپ را ندارد. طبق گفته یانگ بلود: "میکرو فیلتراسیون معمولا برای حذف ذرات خوب کار می کنند، نه حذف مواد دیگر. به عبارت دیگر روغن را از آب پاک نمی کند بلکه منافذ بسیار درشتی هستند که روغن از آن عبور می کند."
وی گفت: "منافذ جدید، حتی اگر منافذ درشت باشند، در حد کفایت روغن را از آب جدا می کند." گفته می شود غشا آمفیفیلیک amphiphilic شده است، بدان معنا که از مولکول های دو سر و یک سر ساخته شده اند، که مولکول های یک سر آب را جذب میکند در حالی که انتهای دیگر روغن و گریس را جذب می کند.
در کارهای آینده ممکن است کشف شود که آیا این فیلترهای تصفیه آب در محلول هایی حاوی روغن بیشتر و آب کمتر کار می کند. از آنجایی که در ابتدا پس از عملیات حفاری تجاری مشخص شد نفت خام شامل مقداری آب است، چنین فیلتری ممکن است جز برنامه های کاربردی در صنعت نفت داشته باشد. پژوهش های آینده نیز درگیر یافتن موادی برای فیلترهای شیشه ای است که برای غشاهای تجاری عملی نیست.
یانگ بلود گفت: "شاید شما از فایبرگلاس (پشم شیشه) استفاده کنید، ولیکن ما به دنبال تکنیک های دیگری نیز هستیم، مانند نایلون جدیدی که خواص بهتری را دارد." این تکنولوژی جدید تصفیه آب ثبت شده است.
تکنولوژی های مشابهی شاید در ساخت شیشه تمیز کن های خودکار عینک ها استفاده میشد، که اجازه ماندن قطرات آب را در سطح شیشه نمیداد. در کار قبلی توسط همان محققین وضعیت تمیزی خودکار و ضد بخار بودن در آزمایشات با استفاده از سطح شیشه پوشیده از مواد تشریح شد. شیشه های عینک و عینکهایی که اسکی بازان استفاده می کنند، در کنار شیشه جلوی خودرو دو پتانسیل کاربردی واضح است.
**ن