سیستم تصفیه آب با استفاده از روش قطبی شدن غلظت یون
(Ion Concentration polarization) و نانوسیال ها

:: دسترسی به آب آشامیدنی یکی از مسائل مهم در کشور‌های در حال توسعه و برخی کشور‌های توسعه یافته می‌باشد. توسعه سیستم‌های آب‌شیرین‌کن قابل حمل و نقل، یک روش عملی در مقیاس کوچک برای حل مشکلات بزرگتر در مورد تامین آب است. فناوری جدیدی که در ادامه بیان می‌شود برای شیرین‌سازی و خالص‌سازی آب به‌کار می‌رود. این روش بدون استفاده از غشاء و با استفاده از نانوسیال‌ها و قطبی سازی غلظت یون ( Ion Concentration Polarization) برای شیرین‌سازی آب دریا به‌کار می‌رود. این فرایند از یک پتانسیل الکتریکی برای ایجاد یک ناحیه دافعه به‌ منظور جداسازی ذرات باردار از آب دریا، استفاده می‌کند. این دستگاه از یک پیوندگاه Nanojunction)) در مقیاس نانو تشکیل شده است که میکروکانال‌ها و کانال‌های دوشاخه را ازهم جدا می‌کند. این کانال‌ها برای جداسازی جریان‌های آب شور و آب شیرین استفاده می‌شود. اندازه حفرات این نقاط اتصال بسیار کوچک است، و مقاومت یونی بالای آنها باعث انتخاب‌پذیر بودن آنها نسبت به کاتیون‌ها می‌شود. رسوب سازی نیز در این روش به علت انجام پیش تصفیه توسط فیلتر حذف شده است. مراحل انجام فرایند شیرین‌سازی به صورت زیر است.

هزینه راه اندازی

:: هزینه تولید هر دستگاه در حدود $500 و هزینه تعویض هر ICP کمتر از $ 5 برای هر مخزن است. برای تولید انرژی الکتریکی می‌توان از باتری‌های کوچک و یا سلول‌های خورشیدی استفاده کرد.

فناوری ICP

:: ICP پدیده‌ای است که در هنگام عبور جریان یون‌ها از داخل غشاء انتخاب‌پذیر یونی و در نتیجه عدم تطابق بار برخی از یون‌ها با سطح مشترک غشاء صورت می‌گیرد. غشاء‌ با مجاری و یا حفرات نانو (Nanochannel) ، کاتیون‌های با بار مخالف با بار توده الکترولیت را عبور می‌دهد و در نتیجه گرادیان غلظت یون در دوطرف غشاء ایجاد می‌شود. با قطبی شدن غلظت یون در نزدیکی غشاء تبادل یونی، در سر آندی پیوندگاه ، تخلیه یونی صورت گرفته و غلظت آنیون‌ها و کاتیو‌ن‌ها کاهش می‌یابد. در سر کاتدی پیوندگاه ، غنی‌سازی غلظت یون‌ها با افزایش غلظت آنیون‌ها و کاتیون‌ها صورت می-گیرد.(شکل1)

:: ICP همانند یک مانع فرضی در برابر ذرات باردار موجود در آب دریا مانند ذرات جامد، میکرواورگانیزم‌ها و بیومولکول‌ها عمل می‌کند. از آنجایی که بیشتر میکرواورگانیزم‌ها و میکرو ذرات موجود در آب دارای پتانسیل زتای غیرصفر هستند، یون‌های کوچک نمک و میکرواورگانیزم‌های بزرگتر می‌توانند به طور همزمان از جریان خروجی نمک گیری شده حذف شوند.

:: میکروکانال ورودی دارای پهنای mµ 500 و عمق mµ 100 می‌باشد. پیوندگاه نانو به دو میکروکانال و کانال دوشاخه مختص جداسازی آب شور و آب شیرین با پهنای mµ 250 و عمق mµ 100، متصل می‌شود. این پیوندگاه باعث ایجاد یک جریان نمک‌زدایی پایدار و پیوسته می‌شود. نواحی ICP قوی تحت شرایط قوی یونی ثابت بوده و پیوندگاه با اندازه حفره nm 5 انتخاب‌پذیری در برابر کاتیون را فراهم می‌کند.

:: دستگاه شیرین‌سازی پرتابل قابلیت %4/99 حذف و %50 بازدهی را داراست. انرژی مصرفی توسط این دستگاه را می‌توان با یکی‌کردن میکروالکترود‌های تولیدکننده ولتاژ در نزدیکی پیوندگاه نانو و کاهش ولتاژ موردنیاز بهینه کرد. براساس توضیحات محقق این طرح، سرعت جریان آب ورودی به کانال‌ها بسیار پایین بوده و در حدود l/minµ 10 می‌باشد. این محقق قصد دارد که سیستم را طوری طراحی کند که جریان آب توسط نیروی جاذبه به داخل دستگاه هدایت شده و پس از عبور از توده ICP، از آن خارج شود.