기적처럼 보이는 혁신을 통해 우리 산업사회의 점점 커지는 갈증을 해소할 수 있게 되었습니다.더 많은 에너지가 필요하십니까?깊은 암석에서 파쇄하십시오.민물?바다의 흐름을 담수화합니다.귀금속?이전에는 채굴할 수 없었던 낮은 등급의 광석에서 이를 추출해 보세요.

그러나 이러한 것들과 다른 놀라운 일들로 인해 우리는 고염수 염수의 바다에 떠 있는 피클에 빠지게 됩니다.이 "염수"(해수보다 몇 배나 높은 염도를 함유하고 종종 오염 물질로 오염된 폐수)는 이러한 공정과 기타 산업 공정의 부산물이며 문제가 됩니다.

P.C. Arup SenGupta는 "총 용존 고형물이 60,000mg 이상인 염수 용액을 폐기하는 것은 대부분 해결되지 않은 기술적, 환경적, 경제적 장애물을 제기합니다."라고 말했습니다.리하이대학교 토목환경공학과의 로신 교수.

그러나 SenGupta와 객원 연구원인 Hao Chen(당시 박사 과정 학생)이 개발한 새로운 접근 방식은 초염수에 숨어 있는 귀중한 자원을 정화하고 잠재적으로 잠금 해제하는 데 있어 도약을 의미합니다.작업은출판됨일지에자연수.

현재 방법

이 부산물을 처리하는 현재 방법은 종종 복합적입니다.환경 피해산업 공정에 내재되어 있습니다.

• 고염수 소금물을 바다로 다시 펌핑하는 것은 해안 담수화 플랜트에서 흔히 사용되는 관행이지만 그렇게 하면 심해 생태계가 교란될 수 있습니다.
• 내륙 산업 시설에서 나오는 폐수는 대규모 개방형 수영장에서 태양 아래 증발하도록 방치되는 경우가 많습니다. 그러나 이 과정은 비효율적이고 날씨에 따라 달라지며 지하수와 주변 환경을 모두 위협하는 오염 물질이 집중되기 쉽습니다.
• 지하 깊은 우물에 염수를 펌핑하는 것은 일반적인 관행이었지만 이것이 초래하는 생태학적, 지질학적 손상으로 인해 많은 지역에서 금지되었습니다.
• 다단계 열 증류 및 막 증류와 같은 다른 방법에는 몇 가지 장점이 있지만 열을 생성하기 위해 많은 에너지 투입이 필요하고 스케일 축적 및 비가역적인 오염 또는 장비 오염이 발생하기 쉽습니다.

결정화된 고체를 수집하는 데 도움이 되는 수준으로 염수를 농축하는 방법을 개발하는 것이 미국 내무부 및 기타 글로벌 수자원 기관의 우선 순위가 되었습니다.

결정화된 고체는 더 쉽게 폐기하고 다음 용도로 재사용할 수 있습니다.산업 공정심지어 리튬을 포함한 귀금속을 "채굴"하기도 합니다.

새로운 솔루션

SenGupta와 Chen은 공기 습도와 이온 교환을 사용하여 실온에서 염수를 농축하는 새로운 공정인 증발 이온 교환(EIX)을 개발했습니다.EIX는 기존 방식과 달리 Scaling과 Fouling을 방지하고 효율적인 설계로 인해 자연 증발보다 훨씬 빠릅니다.

고농도의 전하를 가진 겔의 일종인 고분자 이온교환수지 비드를 사용합니다.기능성 그룹, 또는 전하가 반대 전하의 이온과 결합하는 원자.비드가 물과 접촉하면 수지의 내부 압력으로 인해 염분과 기타 화합물을 거부하면서 물을 빠르게 흡수하게 됩니다.

"이 현상은 정삼투와 유사하지만 물리적으로 반투막이 존재하지 않습니다. 대신 이온 교환체와 물의 경계면이 반투막 역할을 하며 물 흡수가 매우 빠릅니다."라고 SenGupta는 말했습니다.

그런 다음 건조한 공기에 노출되면 수지는 외부 열 입력 없이 실온에서 증발을 통해 공기 중으로 물을 방출합니다.

SenGupta는 "이 주기는 반복될 수 있어 수지가 주변 온도에서 용액을 지속적으로 농축할 수 있게 해줍니다"라고 말했습니다."이 과정은 빠르며 총 에너지 요구량은 주변 공기에 의해 제공됩니다."

연구에 사용된 기본 수지는 식수 시스템용으로 시판되는 이온 교환 수지인 Purolite A502P였습니다.연구진은 이 물질에 이산화지르코늄(ZrO)을 도핑했습니다.2_{) 나노입자를 사용하여 비중을 확보하고 수지가 뜨는 것을 방지합니다.}실험

이 과정을 테스트하기 위해 연구원들은 실험실에서 생성된 합성 고염수 염수와 펜실베니아와 뉴저지 마셀러스 셰일 지역의 가스정 현장에서 수집한 고염수를 사용하여 실험을 수행했습니다.

소금 외에도 Marcellus 샘플에는 고농도의 바륨 양이온, 스트론튬 양이온 및 칼슘 이온이 포함되어 있습니다.

EIX 비드를 베드에 놓은 다음 수지가 포화 상태에 도달할 때까지 염수로 채웠습니다.베드에서 염수를 배출한 다음, 수지를 가열되지 않은 불어넣은 공기에 노출시켜 증발시키고, 남은 염수의 총 부피와 총 용존 고형물(TDS)을 측정했습니다.그런 다음 남은 염수를 사용하여 이 주기를 반복했습니다.

• 세 번의 사이클이 완료된 후, 남은 합성 염수의 부피는 거의 3배로 감소했고, 남은 합성 염수의 TDS는 거의 3배 증가했습니다.
• 동일한 폴리머 비드를 사용하고 이온 교환 작용기를 사용하지 않고 사이클을 수행한 결과 합성 염수의 TDS가 20% 미만으로 증가했습니다.
• Marcellus 샘플을 사용하여 4회 사이클을 수행한 후 바륨, 나트륨 및 염소의 농도가 용해도 한계를 넘어 농축되어 염화바륨 및 염화나트륨 염이 직접 결정화되었습니다.
• 이 공정에서는 수지의 스케일링이나 오염이 발생하지 않았으며, 실험을 통해 자연 발생 하이퍼브린으로부터 리튬을 농축하고 회수하는 능력이 나타났습니다.

SenGupta는 "이 연구에서 가장 주목할만한 발견은 주변 온도에서 4번의 EIX 사이클 후에 Marcellus 가스 유정의 초염수에서 염이 침전/결정화된다는 것입니다."라고 말했습니다."문헌에 따르면 다른 어떤 것도소금물농축 공정은 주변 온도에서 초기 결정화를 달성합니다."

SenGupta는 이 공정의 장점으로 인해 이 공정이 널리 사용되도록 확장될 가능성에 대해 낙관하게 됐다고 말했습니다.다음 단계는 파일럿 시스템을 실행하고 다른 고온 공정과 비교하여 공정 매개변수와 에너지 이점을 기록하는 것입니다.

SenGupta는 "EIX 공정에서는 공정 규모 확대를 위해 제조되는 특수 재료가 필요하지 않습니다."라고 말했습니다."열이나 큰 에너지원이 필요하지 않습니다. 빠르게 규모를 확장할 수 있습니다."