Репортаж о SURF: Мэри О'Салливан '23 и Хума Джафри '22 ищут чистую воду

Закрыть меню

В комнате 217 Научного центра Копли воздуховоды вьются по стене, как плющ, а воздух гудит от электрического тока. Внутри двое студентов откидываются назад от лабораторного стола, заставленного трубками из ПВХ, стеклянными мензурками и раскаленными добела лампами, чтобы поговорить по делу. Тема их разговора — мембранная дистилляция, метод очистки воды, который оба студента исследовали этим летом в рамках проектов SURF.

«Соленая вода поступает, пресная вода выходит», — сказала Хума Джафри '22, описывая процесс, который, по их мнению, сыграет роль в потенциальном решении глобальной нехватки пресной воды.

Иностранный студент, специализирующийся на физике и математике, Джафри работал над усовершенствованием метода дистилляции воды, называемого мембранной дистилляцией с воздушным зазором. В своем проекте под названием «Влияние размера пор и размера зазора при мембранной дистилляции с воздушным зазором» она нагревала соленую воду в одном сосуде до тех пор, пока она не превратилась в пар, после чего она прошла через пористую полимерную мембрану во вторую камеру. Там она конденсировала частицы пара в капли пресной воды, охлаждая их. Перед ней стояла задача настроить ширину воздушных зазоров и размер пор, чтобы определить наиболее эффективную форму дистилляции воды.

Именно здесь появился проект SURF Мэри О'Салливан 23 года (специальность «Инженерное дело», двойная специализация «Химия и математика») под названием «Изготовление и определение характеристик электропряденых мембран из расплава для использования в системах мембранной дистилляции». Студентка программы с отличием, уроженка Колониал-Бич искал лучший способ производства мембраны того же типа, что и в экспериментах Джафри, с помощью процесса, называемого электропрядением расплава. С помощью нагретой электрической иглы О'Салливан расплавила полимер — в ее случае полипропилен, который содержится в предметах домашнего обихода, таких как соломинки для питья, детские бутылочки и контейнеры для йогурта — который позже был собран в волокнистые мембраны с размерами пор в масштабе микронов под контролем компьютера.

«Мы оба заинтересованы в том, есть ли толщина мембраны или размер воздушного зазора лучше, чем те, которые доступны на рынке», — сказал Джафри об их работе, проведенной под руководством преподавателя факультета и профессора инженерных наук Джима Маклески. «Рынок сейчас ограничен, поэтому, если мы сможем производить мембраны с нуля, параметры наших исследований откроются во многих отношениях».

Будущее опреснения воды?

Традиционно ученым необходимо нагреть воду до точки кипения — 100 градусов по Цельсию — чтобы она испарилась, тем самым отделяя ее от нежелательного содержимого воды, будь то соль, аммиак или сточные воды. «Преимущество мембранной дистилляции в том, что вам не нужно доводить воду до точки кипения. Она просто должна быть горячей, даже 50 градусов по Цельсию, а это означает экономию энергии и снижение затрат», — объяснил О'Салливан.

Джафри подробно остановился на потенциальной выгоде этого процесса для усилий по опреснению воды, сказав: «Это может быть система, которая нагревает морскую воду, используя отходящее тепло или солнечную энергию, и охлаждает ее, используя холодную океанскую воду. По сути, это потребует мало энергии и с низкими затратами. нагревать океанскую воду до нужной температуры для производства пресной воды».

Так как же выглядел типичный день в лаборатории Джафри и О'Салливана? «Много подготовительной работы», — сказал О'Салливан. Это потому, что и ей, и системе Джафри потребовалось несколько часов, чтобы завершить один «прогон», кульминацией которого стала одна новая мембрана или один законченный цикл дистилляции воды соответственно. Пока их системы творили чудеса, дуэт готовился к постерным презентациям на симпозиуме SURF, чистил оборудование и записывал результаты. Иногда эти результаты давали больше вопросов, чем ответов.

Процесс продвигается вперед

Джафри обнаружила ошибку в своей процедуре всего за три недели до того, как она должна была представить свои результаты на симпозиуме SURF. К этому моменту она совершила 60 запусков своей дистилляционной системы, каждый из которых длился около трех часов. Она с угнетающим чувством осознала, что ей придется выполнять каждую пробежку заново, а это выходит далеко за рамки ее девятинедельного стажа. Тем не менее, она была рада, что исправила проблему и что последующие прогоны дали результаты, которыми она осталась довольна.