Dengan dua bilion orang di seluruh dunia yang kurang akses kepada air minuman yang bersih dan selamat, penyelidikan bersama oleh Monash University, CSIRO dan University of Texas di Austin yang diterbitkan hari ini dalam Sains Advances boleh menawarkan penyelesaian baru yang terhebat.
Ia semuanya datang kepada rangka kerja logam-organik (MOF), satu bahan generasi seterusnya yang menakjubkan yang mempunyai kawasan permukaan dalaman yang terbesar dari sebarang bahan yang diketahui. Sponge seperti kristal boleh digunakan untuk menangkap, menyimpan dan melepaskan sebatian kimia. Dalam kes ini, garam dan ion dalam air laut.
Dr Huacheng Zhang, Profesor Huanting Wang dan Profesor Madya Zhe Liu dan pasukan mereka di Fakulti Kejuruteraan di Monash University di Melbourne, Australia, dengan kerjasama Dr Anita Hill dari CSIRO dan Profesor Benny Freeman dari Jabatan Kejuruteraan Kimia McKetta di The University Texas di Austin, baru-baru ini mendapati bahawa membran MOF boleh meniru fungsi penyaringan, atau 'pemilihan ion', membran sel organik.
Dengan perkembangan selanjutnya, membran ini berpotensi besar untuk melaksanakan fungsi dwi ganda mengeluarkan garam dari air laut dan memisahkan ion logam dengan cara yang sangat efisien dan kos efektif, menawarkan pendekatan teknologi baru yang revolusioner untuk industri air dan perlombongan.
Pada masa ini, membran osmosis terbalik bertanggungjawab untuk lebih daripada separuh daripada kapasiti penyahairan dunia, dan peringkat terakhir proses rawatan air paling banyak, namun membran ini mempunyai ruang untuk penambahbaikan dengan faktor 2 hingga 3 dalam penggunaan tenaga. Mereka tidak beroperasi pada prinsip-prinsip dehidrasi ion, atau pengangkutan ion terpilih dalam saluran biologi, subjek Hadiah Nobel dalam Kimia 2003 yang dianugerahkan kepada Roderick MacKinnon dan Peter Agre, dan oleh itu mempunyai batasan ketara.
Dalam industri perlombongan, proses membran sedang dibangunkan untuk mengurangkan pencemaran air, serta untuk memulihkan logam berharga. Sebagai contoh, bateri lithium-ion kini merupakan sumber kuasa yang paling popular untuk peranti mudah alih elektronik, namun pada kadar penggunaan semasa, terdapat peningkatan permintaan yang mungkin memerlukan pengeluaran litium dari sumber bukan tradisional, seperti pemulihan air garam dan proses pembaziran sungai. Sekiranya secara ekonomi dan teknologi boleh dilaksanakan, pengekstrakan langsung dan pembersihan litium dari sistem cecair yang kompleks akan mempunyai kesan ekonomi yang mendalam.
Inovasi ini kini mungkin terima kasih kepada penyelidikan baru ini. Profesor Universiti Monash, Huanting Wang berkata, "Kami boleh menggunakan penemuan kami untuk menangani cabaran penyahgaraman air, dan bukannya bergantung kepada proses-proses yang intensif dan intensif semasa, penyelidikan ini membuka peluang untuk mengeluarkan ion garam dari air dengan tenaga yang jauh lebih banyak cara yang cekap dan mesra alam. "
"Selain itu, ini hanya permulaan potensi untuk fenomena ini. Kami akan terus meneliti bagaimana pemilihan litium ion membran ini boleh digunakan lebih lanjut. Ion litium banyak terdapat dalam air laut, jadi ini mempunyai implikasi untuk industri perlombongan yang saat ini menggunakan rawatan kimia yang tidak cekap untuk mengeluarkan litium dari batu dan air. Permintaan global untuk litium yang diperlukan untuk elektronik dan bateri sangat tinggi membran ini menawarkan potensi untuk cara yang sangat berkesan untuk mengeluarkan ion litium dari air laut, sumber yang banyak dan mudah diakses.
Membina pemahaman saintifik yang semakin meningkat terhadap MOF, CSIRO's Dr Anita Hill berkata penyelidikan itu menawarkan satu lagi penggunaan dunia nyata yang potensial untuk bahan generasi akan datang. "Prospek menggunakan MOF untuk penapisan air yang mampan sangat menarik dari perspektif yang baik awam, sambil memberikan cara yang lebih baik untuk mengeluarkan ion lithium untuk memenuhi permintaan global dapat mewujudkan industri baru untuk Australia," kata Dr Hill.
Universiti Texas di Austin Profesor Benny Freeman berkata, "Air yang dihasilkan dari medan gas syal di Texas kaya dengan litium. Konsep bahan pemisahan yang lebih maju, seperti ini, berpotensi mengubah aliran sisa ini menjadi peluang pemulihan sumber. Saya sangat berterima kasih mempunyai peluang untuk bekerjasama dengan rakan-rakan terhormat dari Monash dan CSIRO menerusi Suruhanjaya Fulbright Australia-Amerika untuk Pengerusi Cemerlang di Amerika Syarikat dalam Sains, Teknologi dan Inovasi yang ditaja oleh Pertubuhan Penyelidikan Sains dan Industri Komanwel (CSIRO). "
Monday, July 30, 2018
Saturday, July 28, 2018
With two billion people worldwide lacking access to clean and safe drinking water,
With two billion people worldwide lacking access to clean and safe drinking water, joint research by Monash University, CSIRO and the University of Texas at Austin published today in Sciences Advances may offer a breakthrough new solution.
It all comes down to metal-organic frameworks (MOFs), an amazing next generation material that have the largest internal surface area of any known substance. The sponge like crystals can be used to capture, store and release chemical compounds. In this case, the salt and ions in sea water.
Dr Huacheng Zhang, Professor Huanting Wang and Associate Professor Zhe Liu and their team in the Faculty of Engineering at Monash University in Melbourne, Australia, in collaboration with Dr Anita Hill of CSIRO and Professor Benny Freeman of the McKetta Department of Chemical Engineering at The University of Texas at Austin, have recently discovered that MOF membranes can mimic the filtering function, or 'ion selectivity', of organic cell membranes.
With further development, these membranes have significant potential to perform the dual functions of removing salts from seawater and separating metal ions in a highly efficient and cost effective manner, offering a revolutionary new technological approach for the water and mining industries.
Currently, reverse osmosis membranes are responsible for more than half of the world's desalination capacity, and the last stage of most water treatment processes, yet these membranes have room for improvement by a factor of 2 to 3 in energy consumption. They do not operate on the principles of dehydration of ions, or selective ion transport in biological channels, the subject of the 2003 Nobel Prize in Chemistry awarded to Roderick MacKinnon and Peter Agre, and therefore have significant limitations.
In the mining industry, membrane processes are being developed to reduce water pollution, as well as for recovering valuable metals. For example, lithium-ion batteries are now the most popular power source for mobile electronic devices, however at current rates of consumption, there is rising demand likely to require lithium production from non-traditional sources, such as recovery from salt water and waste process streams. If economically and technologically feasible, direct extraction and purification of lithium from such a complex liquid system would have profound economic impacts.
These innovations are now possible thanks to this new research. Monash University's Professor Huanting Wang said, "We can use our findings to address the challenges of water desalination. Instead of relying on the current costly and energy intensive processes, this research opens up the potential for removing salt ions from water in a far more energy efficient and environmentally sustainable way."
"Also, this is just the start of the potential for this phenomenon. We'll continue researching how the lithium ion selectivity of these membranes can be further applied. Lithium ions are abundant in seawater, so this has implications for the mining industry who current use inefficient chemical treatments to extract lithium from rocks and brines. Global demand for lithium required for electronics and batteries is very high. These membranes offer the potential for a very effective way to extract lithium ions from seawater, a plentiful and easily accessible resource."
Building on the growing scientific understanding of MOFs, CSIRO's Dr Anita Hill said the research offers another potential real-world use for the next-generation material. "The prospect of using MOFs for sustainable water filtration is incredibly exciting from a public good perspective, while delivering a better way of extracting lithium ions to meet global demand could create new industries for Australia," Dr Hill said.
The University of Texas in Austin Professor Benny Freeman says, "Produced water from shale gas fields in Texas is rich in lithium. Advanced separation materials concepts, such as this, could potentially turn this waste stream into a resource recovery opportunity. I am very grateful to have had the opportunity to work with these distinguished colleagues from Monash and CSIRO via the Australian-American Fulbright Commission for the U.S. Fulbright Distinguished Chair in Science, Technology and Innovation sponsored by the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO)."
It all comes down to metal-organic frameworks (MOFs), an amazing next generation material that have the largest internal surface area of any known substance. The sponge like crystals can be used to capture, store and release chemical compounds. In this case, the salt and ions in sea water.
Dr Huacheng Zhang, Professor Huanting Wang and Associate Professor Zhe Liu and their team in the Faculty of Engineering at Monash University in Melbourne, Australia, in collaboration with Dr Anita Hill of CSIRO and Professor Benny Freeman of the McKetta Department of Chemical Engineering at The University of Texas at Austin, have recently discovered that MOF membranes can mimic the filtering function, or 'ion selectivity', of organic cell membranes.
With further development, these membranes have significant potential to perform the dual functions of removing salts from seawater and separating metal ions in a highly efficient and cost effective manner, offering a revolutionary new technological approach for the water and mining industries.
Currently, reverse osmosis membranes are responsible for more than half of the world's desalination capacity, and the last stage of most water treatment processes, yet these membranes have room for improvement by a factor of 2 to 3 in energy consumption. They do not operate on the principles of dehydration of ions, or selective ion transport in biological channels, the subject of the 2003 Nobel Prize in Chemistry awarded to Roderick MacKinnon and Peter Agre, and therefore have significant limitations.
In the mining industry, membrane processes are being developed to reduce water pollution, as well as for recovering valuable metals. For example, lithium-ion batteries are now the most popular power source for mobile electronic devices, however at current rates of consumption, there is rising demand likely to require lithium production from non-traditional sources, such as recovery from salt water and waste process streams. If economically and technologically feasible, direct extraction and purification of lithium from such a complex liquid system would have profound economic impacts.
These innovations are now possible thanks to this new research. Monash University's Professor Huanting Wang said, "We can use our findings to address the challenges of water desalination. Instead of relying on the current costly and energy intensive processes, this research opens up the potential for removing salt ions from water in a far more energy efficient and environmentally sustainable way."
"Also, this is just the start of the potential for this phenomenon. We'll continue researching how the lithium ion selectivity of these membranes can be further applied. Lithium ions are abundant in seawater, so this has implications for the mining industry who current use inefficient chemical treatments to extract lithium from rocks and brines. Global demand for lithium required for electronics and batteries is very high. These membranes offer the potential for a very effective way to extract lithium ions from seawater, a plentiful and easily accessible resource."
Building on the growing scientific understanding of MOFs, CSIRO's Dr Anita Hill said the research offers another potential real-world use for the next-generation material. "The prospect of using MOFs for sustainable water filtration is incredibly exciting from a public good perspective, while delivering a better way of extracting lithium ions to meet global demand could create new industries for Australia," Dr Hill said.
The University of Texas in Austin Professor Benny Freeman says, "Produced water from shale gas fields in Texas is rich in lithium. Advanced separation materials concepts, such as this, could potentially turn this waste stream into a resource recovery opportunity. I am very grateful to have had the opportunity to work with these distinguished colleagues from Monash and CSIRO via the Australian-American Fulbright Commission for the U.S. Fulbright Distinguished Chair in Science, Technology and Innovation sponsored by the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO)."
Thursday, July 26, 2018
Sistem baru yang direka oleh jurutera MIT dapat menyediakan sumber air minum yang...
Sistem baru yang direka oleh jurutera MIT dapat menyediakan sumber air minum yang murah untuk bandar-bandar kering di seluruh dunia sambil memotong kos operasi loji kuasa.
Sekitar 39 peratus daripada semua air tawar yang dikeluarkan dari sungai, tasik dan takungan di Amerika Syarikat diperuntukkan bagi keperluan penyejukan loji janakuasa elektrik yang menggunakan bahan api fosil atau tenaga nuklear, dan sebahagian besar air itu berakhir terapung di awan wap . Tetapi sistem MIT yang baru berpotensi dapat menyelamatkan sebahagian kecil daripada air yang hilang itu - dan bahkan dapat menjadi sumber air bersih yang bersih dan aman untuk kota-kota pesisir di mana air laut digunakan untuk menyejukkan tanaman elektrik tempatan.
Prinsip di sebalik konsep baru adalah mudah menipu: Apabila udara yang kaya kabut dilepaskan dengan sebatang zarah yang dikenakan elektrik, dikenali sebagai ion, titisan air menjadi berkilau elektrik dan dengan itu dapat ditarik ke arah jaringan kabel, mirip dengan tingkap skrin, diletakkan di jalan mereka. Titisan kemudian mengumpul pada mesh itu, mengalirkan ke dalam kuali pengumpul, dan boleh digunakan semula di kilang kuasa atau dihantar ke sistem bekalan air bandar.
Sistem yang menjadi asas bagi syarikat permulaan yang dikenali sebagai Infinite Cooling yang bulan lalu memenangi Pertandingan Keusahawanan $ 100K MIT, dijelaskan dalam makalah yang diterbitkan hari ini dalam jurnal Science Advances, yang dikarang oleh Maher Damak PhD '17 dan profesor bersekutu kejuruteraan mekanikal Kripa Varanasi. Damak dan Varanasi adalah antara pendiri permulaan.
Visiasi adalah untuk membangunkan sistem pemulihan air yang sangat berkesan dengan menangkap titisan air dari kedua-dua kabus dan bulu-bulu semulajadi menara penyejukan industri. Projek ini bermula sebagai sebahagian daripada tesis doktoral Damak, yang bertujuan untuk meningkatkan kecekapan sistem penuaian kabut yang digunakan di banyak kawasan pesisir pantai yang langka sebagai sumber air yang boleh diminum. Sistem-sistem tersebut, yang umumnya terdiri daripada beberapa jenis plastik atau logam yang diletakkan secara menegak di jalan fogbanks yang secara kerap melancarkan dari laut, sangat tidak cekap, hanya menangkap sekitar 1 hingga 3 peratus titisan air yang melewatinya. Varanasi dan Damak tertanya-tanya jika ada cara untuk membuat jejak menangkap lebih banyak titisan - dan mendapati cara yang sangat mudah dan berkesan untuk melakukannya.
Sebab ketidakcekapan sistem sedia ada menjadi jelas dalam eksperimen makmal terperinci pasukan: Masalahnya adalah dalam aerodinamik sistem. Sebagai aliran udara melepasi halangan, seperti dawai dalam skrin penangkap kabut ini, aliran udara secara semulajadi menyimpang di sekeliling halangan, sama seperti udara mengalir di sekitar sayap pesawat memisahkan ke aliran yang melepasi di atas dan di bawah struktur sayap. Airstreams yang menyimpang ini membawa titisan yang menuju ke arah dawai ke tepi, kecuali mereka menuju ke arah pusat kawat.
Hasilnya adalah bahawa pecahan titisan yang ditangkap adalah jauh lebih rendah daripada pecahan kawasan pengumpulan yang diduduki oleh wayar, kerana titisan akan terhapus dari wayar yang terletak di hadapannya. Hanya membuat wayar lebih besar atau ruang di dalam mesh yang lebih kecil cenderung menjadi tidak produktif kerana ia menghalang aliran udara secara keseluruhan, menyebabkan pengurangan bersih pengumpulan.
Tetapi apabila kabus masuk mendapat zap pertama dengan balok ion, kesan sebaliknya berlaku. Bukan sahaja semua titisan yang ada di landasan wayar di atasnya, malah titisan yang bertujuan untuk lubang-lubang di jaring dapat ditarik ke arah kabel. Oleh itu, sistem ini dapat menangkap sebilangan besar titisan yang dilalui. Oleh itu, ia dapat meningkatkan kecekapan sistem penangkapan kabut secara dramatik, dan pada kos yang sangat mengejutkan. Peralatannya mudah, dan jumlah kuasa yang diperlukan adalah minimum.
Seterusnya, pasukan memberi tumpuan untuk menangkap air dari aroma menara pendinginan kilang kuasa. Di sana, arus wap air lebih pekat daripada sebarang kabus yang semulajadi, dan itu menjadikan sistem lebih berkesan. Dan kerana menangkap air yang tersejat itu sendiri adalah proses penyulingan, air yang ditangkap adalah murni, walaupun air penyejuk adalah masin atau tercemar. Pada ketika ini, Karim Khalil, seorang lagi pelajar siswazah dari makmal Varanasi menyertai pasukan itu.
"Ia air suling, yang lebih tinggi kualiti, yang kini hanya sia-sia," kata Varanasi. "Itulah yang kami cuba tangkap." Air boleh disalurkan ke sistem air minuman di bandar, atau digunakan dalam proses-proses yang memerlukan air tulen, seperti dalam dandang loji janakuasa, yang bertentangan dengan penggunaannya dalam sistem penyejukan di mana kualiti air tidak banyak.
Kilang kuasa 600 megawatt yang biasa, kata Varanasi, boleh menangkap 150 juta gelen air setahun, mewakili nilai berjuta-juta dolar. Ini mewakili kira-kira 20 hingga 30 peratus daripada air yang hilang dari menara penyejuk. Dengan penambahbaikan selanjutnya, sistem itu mungkin dapat menangkap lebih banyak output, katanya.
Lebih-lebih lagi, sejak loji kuasa sudah siap di sepanjang garis pantai yang gersang, dan banyak lagi
Sekitar 39 peratus daripada semua air tawar yang dikeluarkan dari sungai, tasik dan takungan di Amerika Syarikat diperuntukkan bagi keperluan penyejukan loji janakuasa elektrik yang menggunakan bahan api fosil atau tenaga nuklear, dan sebahagian besar air itu berakhir terapung di awan wap . Tetapi sistem MIT yang baru berpotensi dapat menyelamatkan sebahagian kecil daripada air yang hilang itu - dan bahkan dapat menjadi sumber air bersih yang bersih dan aman untuk kota-kota pesisir di mana air laut digunakan untuk menyejukkan tanaman elektrik tempatan.
Prinsip di sebalik konsep baru adalah mudah menipu: Apabila udara yang kaya kabut dilepaskan dengan sebatang zarah yang dikenakan elektrik, dikenali sebagai ion, titisan air menjadi berkilau elektrik dan dengan itu dapat ditarik ke arah jaringan kabel, mirip dengan tingkap skrin, diletakkan di jalan mereka. Titisan kemudian mengumpul pada mesh itu, mengalirkan ke dalam kuali pengumpul, dan boleh digunakan semula di kilang kuasa atau dihantar ke sistem bekalan air bandar.
Sistem yang menjadi asas bagi syarikat permulaan yang dikenali sebagai Infinite Cooling yang bulan lalu memenangi Pertandingan Keusahawanan $ 100K MIT, dijelaskan dalam makalah yang diterbitkan hari ini dalam jurnal Science Advances, yang dikarang oleh Maher Damak PhD '17 dan profesor bersekutu kejuruteraan mekanikal Kripa Varanasi. Damak dan Varanasi adalah antara pendiri permulaan.
Visiasi adalah untuk membangunkan sistem pemulihan air yang sangat berkesan dengan menangkap titisan air dari kedua-dua kabus dan bulu-bulu semulajadi menara penyejukan industri. Projek ini bermula sebagai sebahagian daripada tesis doktoral Damak, yang bertujuan untuk meningkatkan kecekapan sistem penuaian kabut yang digunakan di banyak kawasan pesisir pantai yang langka sebagai sumber air yang boleh diminum. Sistem-sistem tersebut, yang umumnya terdiri daripada beberapa jenis plastik atau logam yang diletakkan secara menegak di jalan fogbanks yang secara kerap melancarkan dari laut, sangat tidak cekap, hanya menangkap sekitar 1 hingga 3 peratus titisan air yang melewatinya. Varanasi dan Damak tertanya-tanya jika ada cara untuk membuat jejak menangkap lebih banyak titisan - dan mendapati cara yang sangat mudah dan berkesan untuk melakukannya.
Sebab ketidakcekapan sistem sedia ada menjadi jelas dalam eksperimen makmal terperinci pasukan: Masalahnya adalah dalam aerodinamik sistem. Sebagai aliran udara melepasi halangan, seperti dawai dalam skrin penangkap kabut ini, aliran udara secara semulajadi menyimpang di sekeliling halangan, sama seperti udara mengalir di sekitar sayap pesawat memisahkan ke aliran yang melepasi di atas dan di bawah struktur sayap. Airstreams yang menyimpang ini membawa titisan yang menuju ke arah dawai ke tepi, kecuali mereka menuju ke arah pusat kawat.
Hasilnya adalah bahawa pecahan titisan yang ditangkap adalah jauh lebih rendah daripada pecahan kawasan pengumpulan yang diduduki oleh wayar, kerana titisan akan terhapus dari wayar yang terletak di hadapannya. Hanya membuat wayar lebih besar atau ruang di dalam mesh yang lebih kecil cenderung menjadi tidak produktif kerana ia menghalang aliran udara secara keseluruhan, menyebabkan pengurangan bersih pengumpulan.
Tetapi apabila kabus masuk mendapat zap pertama dengan balok ion, kesan sebaliknya berlaku. Bukan sahaja semua titisan yang ada di landasan wayar di atasnya, malah titisan yang bertujuan untuk lubang-lubang di jaring dapat ditarik ke arah kabel. Oleh itu, sistem ini dapat menangkap sebilangan besar titisan yang dilalui. Oleh itu, ia dapat meningkatkan kecekapan sistem penangkapan kabut secara dramatik, dan pada kos yang sangat mengejutkan. Peralatannya mudah, dan jumlah kuasa yang diperlukan adalah minimum.
Seterusnya, pasukan memberi tumpuan untuk menangkap air dari aroma menara pendinginan kilang kuasa. Di sana, arus wap air lebih pekat daripada sebarang kabus yang semulajadi, dan itu menjadikan sistem lebih berkesan. Dan kerana menangkap air yang tersejat itu sendiri adalah proses penyulingan, air yang ditangkap adalah murni, walaupun air penyejuk adalah masin atau tercemar. Pada ketika ini, Karim Khalil, seorang lagi pelajar siswazah dari makmal Varanasi menyertai pasukan itu.
"Ia air suling, yang lebih tinggi kualiti, yang kini hanya sia-sia," kata Varanasi. "Itulah yang kami cuba tangkap." Air boleh disalurkan ke sistem air minuman di bandar, atau digunakan dalam proses-proses yang memerlukan air tulen, seperti dalam dandang loji janakuasa, yang bertentangan dengan penggunaannya dalam sistem penyejukan di mana kualiti air tidak banyak.
Kilang kuasa 600 megawatt yang biasa, kata Varanasi, boleh menangkap 150 juta gelen air setahun, mewakili nilai berjuta-juta dolar. Ini mewakili kira-kira 20 hingga 30 peratus daripada air yang hilang dari menara penyejuk. Dengan penambahbaikan selanjutnya, sistem itu mungkin dapat menangkap lebih banyak output, katanya.
Lebih-lebih lagi, sejak loji kuasa sudah siap di sepanjang garis pantai yang gersang, dan banyak lagi
Tuesday, July 24, 2018
A new system devised by
A new system devised by MIT engineers could provide a low-cost source of drinking water for parched cities around the world while also cutting power plant operating costs.
About 39 percent of all the fresh water withdrawn from rivers, lakes, and reservoirs in the U.S. is earmarked for the cooling needs of electric power plants that use fossil fuels or nuclear power, and much of that water ends up floating away in clouds of vapor. But the new MIT system could potentially save a substantial fraction of that lost water -- and could even become a significant source of clean, safe drinking water for coastal cities where seawater is used to cool local power plants.
The principle behind the new concept is deceptively simple: When air that's rich in fog is zapped with a beam of electrically charged particles, known as ions, water droplets become electrically charged and thus can be drawn toward a mesh of wires, similar to a window screen, placed in their path. The droplets then collect on that mesh, drain down into a collecting pan, and can be reused in the power plant or sent to a city's water supply system.
The system, which is the basis for a startup company called Infinite Cooling that last month won MIT's $100K Entrepreneurship Competition, is described in a paper published today in the journal Science Advances, co-authored by Maher Damak PhD '17 and associate professor of mechanical engineering Kripa Varanasi. Damak and Varanasi are among the co-founders of the startup.
Varanasi's vision was to develop highly efficient water recovery systems by capturing water droplets from both natural fog and plumes of industrial cooling towers. The project began as part of Damak's doctoral thesis, which aimed to improve the efficiency of fog-harvesting systems that are used in many water-scarce coastal regions as a source of potable water. Those systems, which generally consist of some kind of plastic or metal mesh hung vertically in the path of fogbanks that regularly roll in from the sea, are extremely inefficient, capturing only about 1 to 3 percent of the water droplets that pass through them. Varanasi and Damak wondered if there was a way to make the mesh catch more of the droplets -- and found a very simple and effective way of doing so.
The reason for the inefficiency of existing systems became apparent in the team's detailed lab experiments: The problem is in the aerodynamics of the system. As a stream of air passes an obstacle, such as the wires in these mesh fog-catching screens, the airflow naturally deviates around the obstacle, much as air flowing around an airplane wing separates into streams that pass above and below the wing structure. These deviating airstreams carry droplets that were heading toward the wire off to the side, unless they were headed bang-on toward the wire's center.
About 39 percent of all the fresh water withdrawn from rivers, lakes, and reservoirs in the U.S. is earmarked for the cooling needs of electric power plants that use fossil fuels or nuclear power, and much of that water ends up floating away in clouds of vapor. But the new MIT system could potentially save a substantial fraction of that lost water -- and could even become a significant source of clean, safe drinking water for coastal cities where seawater is used to cool local power plants.
The principle behind the new concept is deceptively simple: When air that's rich in fog is zapped with a beam of electrically charged particles, known as ions, water droplets become electrically charged and thus can be drawn toward a mesh of wires, similar to a window screen, placed in their path. The droplets then collect on that mesh, drain down into a collecting pan, and can be reused in the power plant or sent to a city's water supply system.
The system, which is the basis for a startup company called Infinite Cooling that last month won MIT's $100K Entrepreneurship Competition, is described in a paper published today in the journal Science Advances, co-authored by Maher Damak PhD '17 and associate professor of mechanical engineering Kripa Varanasi. Damak and Varanasi are among the co-founders of the startup.
Varanasi's vision was to develop highly efficient water recovery systems by capturing water droplets from both natural fog and plumes of industrial cooling towers. The project began as part of Damak's doctoral thesis, which aimed to improve the efficiency of fog-harvesting systems that are used in many water-scarce coastal regions as a source of potable water. Those systems, which generally consist of some kind of plastic or metal mesh hung vertically in the path of fogbanks that regularly roll in from the sea, are extremely inefficient, capturing only about 1 to 3 percent of the water droplets that pass through them. Varanasi and Damak wondered if there was a way to make the mesh catch more of the droplets -- and found a very simple and effective way of doing so.
The reason for the inefficiency of existing systems became apparent in the team's detailed lab experiments: The problem is in the aerodynamics of the system. As a stream of air passes an obstacle, such as the wires in these mesh fog-catching screens, the airflow naturally deviates around the obstacle, much as air flowing around an airplane wing separates into streams that pass above and below the wing structure. These deviating airstreams carry droplets that were heading toward the wire off to the side, unless they were headed bang-on toward the wire's center.
Air adalah cecair yang sangat rumit
Air adalah cecair yang sangat rumit. Cara di mana molekul air berasingan terkumpul pada pelbagai bahan mempunyai kesan penting pada banyak proses, termasuk kakisan dan luluhawa, dan merupakan kunci dalam memastikan pemangkin berfungsi secara optimum. Pasukan yang berpangkalan di TU Wien kini telah berjaya mengesan misteri di sebalik struktur molekul air pada permukaan oksida besi, dan kerja mereka telah mendedahkan bahawa molekul air boleh membentuk struktur kompleks yang mengingatkan jambatan, yang memainkan peranan penting ketika datang ke tindak balas kimia di permukaan.
Ciri khas air
"Apa yang menjadikan molekul air unik adalah mereka boleh membentuk ikatan hidrogen jambatan," jelas Prof. Gareth Parkinson dari Institut Fizik Gunaan di TU Wien. "Pengagihan caj elektrik tidak walaupun atom oksigen sedikit dikenakan, sementara atom hidrogen sedikit dikenakan secara positif." Akibatnya, ikatan boleh membentuk antara molekul air - ikatan hidrogen jambatan yang terkenal - atau bahkan di antara molekul air dan jenis molekul lain.
Kesan ini bervariasi. Sebagai contoh, bon jambatan hidrogen adalah sebab air perlu mencapai suhu tinggi 100 ° C sebelum ia mendidih. Mereka juga merupakan faktor utama dalam struktur protein.
Ikatan-ikatan ini bahkan memainkan masa dan masa untuk sekali lagi untuk menyatakan sepenuhnya tuntutan tidak saintifik, kerana orang mendakwa mereka membenarkan 'maklumat' yang misteri itu disimpan di dalam air. Ini adalah mustahil secara fizikal kerana bon jambatan hidrogen tidak terlalu kuat sama sekali dan dipecahkan lagi dalam kedua pecahan dalam air cair. Walau bagaimanapun, anda dapat melihat keputusan yang sangat berbeza apabila molekul air terkumpul di permukaan, di mana struktur yang sangat kompleks dan stabil terbentuk pada suhu rendah.
Alam kemungkinan
"Telah ada tanda-tanda tidak langsung mengenai struktur struktur ini," kata Ulrike Diebold (TU Wien). "Tetapi untuk memastikan struktur air yang dapat dilihat pada permukaan oksida besi, kita harus mengoptimumkan teknik pengukuran yang paling baik dan lebih baik dan dapat mendorong batas-batas apa yang mungkin."
Untuk memulakan, jet molekul air diletupkan ke permukaan dalam vakum pada suhu rendah. Permukaan kemudiannya dipanaskan sehingga suhu sekitar -30 ° C, menyebabkan struktur air secara beransur-ansur dipecahkan. Molekul air melepaskan dari permukaan satu demi satu dan dikumpulkan oleh pengesan. "Kita boleh mengukur dengan tepat berapa banyak molekul air yang meninggalkan permukaan pada suhu tertentu, kemudian kita dapat mengambil maklumat ini untuk mengolah tenaga ikatan, yang seterusnya membolehkan kita mengenali jenis struktur molekul yang kita hadapi," terang Gareth Parkinson.
Pada masa yang sama, mikroskop berprestasi tinggi, getaran khas, digunakan untuk menghasilkan imej resolusi tinggi permukaan, supaya struktur air sebenarnya dapat dilihat. Di samping itu, simulasi komputer yang canggih telah dibangunkan sebagai cara untuk menerangkan kedudukan geometri molekul air di peringkat kuantum. "Akhir sekali, kami mempunyai tiga alat yang boleh digunakan untuk mengkaji struktur air, dan itulah yang diperlukan jika anda ingin mendapatkan hasil yang boleh dipercayai," kata Gareth Parkinson. "Ketiga-tiga analisis itu hampir sempurna, meninggalkan kami untuk menyimpulkan dengan penuh keyakinan bahawa kita sekarang memahami pembentukan struktur air pada permukaan besi oksida."
Bukti menunjukkan bahawa beberapa struktur dibentuk: jarang sekali bahawa satu molekul air hanya duduk di permukaan sahaja, dengan molekul air sebaliknya cenderung untuk berkumpul berpasangan atau kumpulan tiga. Kemudian anda mempunyai struktur yang lebih kompleks yang terdiri daripada enam atau lapan molekul, yang merangkumi permukaan oksida besi seperti jambatan elips melengkung.
"Objektif utama kami adalah untuk membangunkan kaedah analisis sehingga kita dapat memperoleh bukti struktur molekul yang tidak dapat disangkal. Dan itulah yang kami lakukan," kata Ulrike Diebold. "Kaedah yang digunakan di sini untuk besi oksida juga boleh digunakan untuk bahan lain."
Ciri khas air
"Apa yang menjadikan molekul air unik adalah mereka boleh membentuk ikatan hidrogen jambatan," jelas Prof. Gareth Parkinson dari Institut Fizik Gunaan di TU Wien. "Pengagihan caj elektrik tidak walaupun atom oksigen sedikit dikenakan, sementara atom hidrogen sedikit dikenakan secara positif." Akibatnya, ikatan boleh membentuk antara molekul air - ikatan hidrogen jambatan yang terkenal - atau bahkan di antara molekul air dan jenis molekul lain.
Kesan ini bervariasi. Sebagai contoh, bon jambatan hidrogen adalah sebab air perlu mencapai suhu tinggi 100 ° C sebelum ia mendidih. Mereka juga merupakan faktor utama dalam struktur protein.
Ikatan-ikatan ini bahkan memainkan masa dan masa untuk sekali lagi untuk menyatakan sepenuhnya tuntutan tidak saintifik, kerana orang mendakwa mereka membenarkan 'maklumat' yang misteri itu disimpan di dalam air. Ini adalah mustahil secara fizikal kerana bon jambatan hidrogen tidak terlalu kuat sama sekali dan dipecahkan lagi dalam kedua pecahan dalam air cair. Walau bagaimanapun, anda dapat melihat keputusan yang sangat berbeza apabila molekul air terkumpul di permukaan, di mana struktur yang sangat kompleks dan stabil terbentuk pada suhu rendah.
Alam kemungkinan
"Telah ada tanda-tanda tidak langsung mengenai struktur struktur ini," kata Ulrike Diebold (TU Wien). "Tetapi untuk memastikan struktur air yang dapat dilihat pada permukaan oksida besi, kita harus mengoptimumkan teknik pengukuran yang paling baik dan lebih baik dan dapat mendorong batas-batas apa yang mungkin."
Untuk memulakan, jet molekul air diletupkan ke permukaan dalam vakum pada suhu rendah. Permukaan kemudiannya dipanaskan sehingga suhu sekitar -30 ° C, menyebabkan struktur air secara beransur-ansur dipecahkan. Molekul air melepaskan dari permukaan satu demi satu dan dikumpulkan oleh pengesan. "Kita boleh mengukur dengan tepat berapa banyak molekul air yang meninggalkan permukaan pada suhu tertentu, kemudian kita dapat mengambil maklumat ini untuk mengolah tenaga ikatan, yang seterusnya membolehkan kita mengenali jenis struktur molekul yang kita hadapi," terang Gareth Parkinson.
Pada masa yang sama, mikroskop berprestasi tinggi, getaran khas, digunakan untuk menghasilkan imej resolusi tinggi permukaan, supaya struktur air sebenarnya dapat dilihat. Di samping itu, simulasi komputer yang canggih telah dibangunkan sebagai cara untuk menerangkan kedudukan geometri molekul air di peringkat kuantum. "Akhir sekali, kami mempunyai tiga alat yang boleh digunakan untuk mengkaji struktur air, dan itulah yang diperlukan jika anda ingin mendapatkan hasil yang boleh dipercayai," kata Gareth Parkinson. "Ketiga-tiga analisis itu hampir sempurna, meninggalkan kami untuk menyimpulkan dengan penuh keyakinan bahawa kita sekarang memahami pembentukan struktur air pada permukaan besi oksida."
Bukti menunjukkan bahawa beberapa struktur dibentuk: jarang sekali bahawa satu molekul air hanya duduk di permukaan sahaja, dengan molekul air sebaliknya cenderung untuk berkumpul berpasangan atau kumpulan tiga. Kemudian anda mempunyai struktur yang lebih kompleks yang terdiri daripada enam atau lapan molekul, yang merangkumi permukaan oksida besi seperti jambatan elips melengkung.
"Objektif utama kami adalah untuk membangunkan kaedah analisis sehingga kita dapat memperoleh bukti struktur molekul yang tidak dapat disangkal. Dan itulah yang kami lakukan," kata Ulrike Diebold. "Kaedah yang digunakan di sini untuk besi oksida juga boleh digunakan untuk bahan lain."
Monday, July 23, 2018
Water is an extremely complex liquid
Water is an extremely complex liquid. The way in which separate water molecules accumulate on various materials has a crucial impact on a great many processes, including corrosion and weathering, and is key in ensuring that catalysts function optimally. A team based at TU Wien has now managed to uncover the mystery behind the structure of water molecules on iron oxide surfaces, and their work has revealed that water molecules can form of complex structures reminiscent of bridges, which play a significant role when it comes to chemical reactions on the surface.
The special properties of water
"What makes water molecules unique is that they can form hydrogen bridge bonds," explains Prof. Gareth Parkinson from the Institute of Applied Physics at TU Wien. "The electrical charge distribution is not even. The oxygen atom is slightly negatively charged, whilst the hydrogen atoms are slightly positively charged." As a result, bonds can form between water molecules -- the famous hydrogen bridge bonds -- or even between a water molecule and other types of molecule.
The repercussions of this are wide-ranging. For example, hydrogen bridge bonds are the reason that water needs to reach the high temperature of 100°C before it boils. They are also a key factor in the structure of proteins.
These bonds even come into play time and time again for completely unscientific assertions, as people claim they allow for mysterious 'information' to be stored in water. This is physically impossible because hydrogen bridge bonds are not very strong at all and are broken down again in a split second in liquid water. Nevertheless, you can see very different results when water molecules accumulate on surfaces, where incredibly complex, stable structures form at low temperatures.
The realms of possibility
"There had already been indirect indications of this type of structure forming," says Ulrike Diebold (TU Wien). "But in order to really make the structure of water visible on iron oxide surfaces, we had to optimise the very best state-of-the-art measurement techniques further and really push the boundaries of what is possible."
To start with, a jet of water molecules is blasted onto the surface in a vacuum at a low temperature. The surface is then gently heated up to a temperature of around -30°C, causing the water structures to gradually be broken up. The water molecules detach from the surface one by one and are collected by a detector. "We can measure exactly how many water molecules leave the surface at a particular temperature. We can then take this information to work out the bond energy, which in turn allows us to identify the type of molecule structures we are dealing with," explained Gareth Parkinson.
At the same time, a special vibration-proof, high-performance microscope was used to produce high-resolution images of the surface, so that the water structures could actually be seen. In addition to this, sophisticated computer simulations were developed as a way of explaining the geometrical positioning of the water molecules at the quantum level. "Finally we have three tools at our disposal that allow us to study the water structures, and that's what's needed if you want to get reliable results," says Gareth Parkinson. "All three analyses match up perfectly, leaving us to conclude with great confidence that we now understand the formation of water structures on iron oxide surfaces."
The evidence shows that several structures are formed: it is rare that a single water molecule sits on the surface alone, with water molecules instead tending to gather in pairs or groups of three. Then you have more complex structures consisting of six or eight molecules, which span the surface of the iron oxide like elliptically curved bridges.
"Our primary objective was to develop the analytical methods to the point that we could obtain irrefutable proof of these molecular structures. And that's what we did," says Ulrike Diebold. "The method that we used here for iron oxide can also be applied to other materials."
The special properties of water
"What makes water molecules unique is that they can form hydrogen bridge bonds," explains Prof. Gareth Parkinson from the Institute of Applied Physics at TU Wien. "The electrical charge distribution is not even. The oxygen atom is slightly negatively charged, whilst the hydrogen atoms are slightly positively charged." As a result, bonds can form between water molecules -- the famous hydrogen bridge bonds -- or even between a water molecule and other types of molecule.
The repercussions of this are wide-ranging. For example, hydrogen bridge bonds are the reason that water needs to reach the high temperature of 100°C before it boils. They are also a key factor in the structure of proteins.
These bonds even come into play time and time again for completely unscientific assertions, as people claim they allow for mysterious 'information' to be stored in water. This is physically impossible because hydrogen bridge bonds are not very strong at all and are broken down again in a split second in liquid water. Nevertheless, you can see very different results when water molecules accumulate on surfaces, where incredibly complex, stable structures form at low temperatures.
The realms of possibility
"There had already been indirect indications of this type of structure forming," says Ulrike Diebold (TU Wien). "But in order to really make the structure of water visible on iron oxide surfaces, we had to optimise the very best state-of-the-art measurement techniques further and really push the boundaries of what is possible."
To start with, a jet of water molecules is blasted onto the surface in a vacuum at a low temperature. The surface is then gently heated up to a temperature of around -30°C, causing the water structures to gradually be broken up. The water molecules detach from the surface one by one and are collected by a detector. "We can measure exactly how many water molecules leave the surface at a particular temperature. We can then take this information to work out the bond energy, which in turn allows us to identify the type of molecule structures we are dealing with," explained Gareth Parkinson.
At the same time, a special vibration-proof, high-performance microscope was used to produce high-resolution images of the surface, so that the water structures could actually be seen. In addition to this, sophisticated computer simulations were developed as a way of explaining the geometrical positioning of the water molecules at the quantum level. "Finally we have three tools at our disposal that allow us to study the water structures, and that's what's needed if you want to get reliable results," says Gareth Parkinson. "All three analyses match up perfectly, leaving us to conclude with great confidence that we now understand the formation of water structures on iron oxide surfaces."
The evidence shows that several structures are formed: it is rare that a single water molecule sits on the surface alone, with water molecules instead tending to gather in pairs or groups of three. Then you have more complex structures consisting of six or eight molecules, which span the surface of the iron oxide like elliptically curved bridges.
"Our primary objective was to develop the analytical methods to the point that we could obtain irrefutable proof of these molecular structures. And that's what we did," says Ulrike Diebold. "The method that we used here for iron oxide can also be applied to other materials."
Saturday, July 21, 2018
Dalam satu kajian baru, para penyelidik menunjukkan bahawa
Dalam satu kajian baru, para penyelidik menunjukkan bahawa menggunakan gelombang bunyi untuk melancarkan titisan air di udara dapat meningkatkan pengesanan pencemaran logam berat yang berbahaya seperti plumbum dan merkuri di dalam air. Mengesan sejumlah kecil logam berat di dalam air adalah penting kerana bahan pencemar ini berbahaya kepada kesihatan manusia dan alam sekitar. Teknik baru ini akhirnya akan membawa kepada instrumen yang melakukan pemantauan kontaminan dalam masa nyata, yang dapat membantu mencegah masalah pencemaran plumbum masa hadapan seperti Flint, Michigan, krisis air atau mengesan air sisa yang terkontaminasi dari tapak industri.
"Walaupun banyak sensor air yang menawarkan pemantauan berterusan, pengesanan pelbagai logam berat yang dibubarkan dalam air hanya boleh dilakukan dengan menghantar sampel untuk analisis makmal khusus," kata pemimpin pasukan penyelidikan Victor Contreras, dari Instituto de Ciencias Físicas UNAM, Mexico. "Teknik baru kami adalah satu langkah ke arah pembangunan pendekatan analisis yang lebih mudah yang dapat diterapkan di lokasi dan dalam masa nyata. Analisis air jenis ini boleh digunakan oleh pertanian, farmaseutikal, pembersihan air dan industri lain untuk memantau air untuk pencemar . "
Dalam The Optical Society (OSA) jurnal Optics Letters, para penyelidik memperincikan pendekatan baru mereka, yang menggunakan teknik sensitif yang dikenali sebagai spekroskopi kerosakan teraruh laser (LIBS) untuk menganalisis logam berat yang hadir dalam titisan air levitating. Menurun titisan air membolehkan air menguap dalam kedudukan terkawal, yang meningkatkan kepekatan massa bahan cemar dalam sampel dan menjadikannya lebih mudah untuk melakukan analisis LIBS. Para penyelidik menunjukkan bahawa pendekatan baru mereka dapat mengesan tahap logam berat yang sangat rendah seperti barium, kadmium dan raksa dengan masa analisis hanya beberapa minit.
Menggunakan LIBS pada cecair
Para penyelidik menggunakan LIBS kerana ia menawarkan cara yang cepat dan mudah untuk mengenal pasti beberapa elemen serentak. LIBS berfungsi dengan menumpukan nadi laser tenaga tinggi ke sampel, yang menguap bahan dan menjana plasma. Kerana cahaya yang dipancarkan oleh plasma mengandungi cap jari atom bahan, adalah mungkin untuk mengenal pasti komponen kimia sampel dengan menganalisis cahaya yang dipancarkan.
Ia adalah proses mudah untuk menggunakan analisis LIBS pada sampel pepejal. Sebenarnya, beberapa alat pegang tangan yang tersedia secara komersial tersedia untuk analisis jenis ini. Walau bagaimanapun, sukar untuk menggunakan kaedah ini untuk secara langsung menganalisis cecair kerana plasma yang terbentuk dalam cecair menjadi lebih cepat dan menampung masa yang sangat singkat. Di samping itu, menghasilkan plasma pada permukaan cecair menghasilkan percikan air yang secara langsung memberi kesan kepada bacaan spektroskopi.
Dengan sampel cecair, mewujudkan plasma yang memberikan isyarat yang baik untuk pengesanan kimia memerlukan tahap tenaga laser yang tinggi, yang hanya boleh disediakan oleh laser yang tidak mudah alih dan mudah alih. Untuk mengelakkan masalah ini, sampel cecair biasanya dianalisis dengan meletakkan penurunan pada substrat dan menunggu ia kering untuk menumpukan unsur-unsur kepentingan dalam sampel. Walaupun mendepositkan sampel pada substrat adalah agak mudah, nadi laser merangsang atom dari unsur-unsur dalam sampel dan juga dari substrat. Selain itu, penyejatan air boleh menyebabkan pengedaran tidak teratur pada kekotoran pada substrat, menjejaskan kebolehulangan semula isyaratnya.
Daripada meletakkan titisan ke substrat, para penyelidik menggunakan gelombang bunyi yang kuat untuk mengangkat titisan air tunggal. Gelombang bunyi menghasilkan daya yang cukup kuat untuk melawan graviti, membolehkan titisan berlegar tidak disokong di udara.
"Pengangkut akustik adalah kaedah yang mudah dan murah untuk mempercepatkan unsur-unsur kepentingan sambil mengelakkan pencemaran dari permukaan substrat," kata Contreras. "Selain itu, ia tidak memerlukan sampel untuk mempunyai apa-apa jenis tindak balas elektrik atau magnetik seperti beberapa kaedah lain yang digunakan untuk mencapai levitation."
Menganalisis titisan
Di dalam kertas, para penyelidik menunjukkan bahawa menggunakan gelombang akustik untuk melepaskan satu setitik air membolehkan mereka mengesan kepekatan logam berat yang sangat rendah. Sebagai contoh, mereka mengesan 0.7 miligram per liter kadmium dan 0.2 miligram per liter barium. Mereka juga menunjukkan bahawa teknik pengangkut akustik yang mereka gunakan adalah cukup stabil untuk analisis LIBS yang boleh dihasilkan.
"Teknologi ini mempunyai potensi untuk mengesan logam berat dan unsur-unsur lain secara serentak di dalam air secara cepat dan kos efektif," kata Contreras. "Penganalisis dalam talian berdasarkan teknologi kami dapat membantu mencegah bencana alam sekitar dan menyumbang kepada kawalan kualiti air yang lebih baik."
Para penyelidik kini berusaha memperbaiki instrumentasi. Sebagai contoh, mereka mahu mengoptimumkan reka bentuk mekanikal perangkap akustik untuk mencapai keadaan levitasi yang lebih stabil, yang akan meningkatkan kebolehulangan semula bacaan LIBS. Mereka juga mahu meningkatkan kepekaan dengan melembutkan stek yang lebih kecil, yang mana bulu
"Walaupun banyak sensor air yang menawarkan pemantauan berterusan, pengesanan pelbagai logam berat yang dibubarkan dalam air hanya boleh dilakukan dengan menghantar sampel untuk analisis makmal khusus," kata pemimpin pasukan penyelidikan Victor Contreras, dari Instituto de Ciencias Físicas UNAM, Mexico. "Teknik baru kami adalah satu langkah ke arah pembangunan pendekatan analisis yang lebih mudah yang dapat diterapkan di lokasi dan dalam masa nyata. Analisis air jenis ini boleh digunakan oleh pertanian, farmaseutikal, pembersihan air dan industri lain untuk memantau air untuk pencemar . "
Dalam The Optical Society (OSA) jurnal Optics Letters, para penyelidik memperincikan pendekatan baru mereka, yang menggunakan teknik sensitif yang dikenali sebagai spekroskopi kerosakan teraruh laser (LIBS) untuk menganalisis logam berat yang hadir dalam titisan air levitating. Menurun titisan air membolehkan air menguap dalam kedudukan terkawal, yang meningkatkan kepekatan massa bahan cemar dalam sampel dan menjadikannya lebih mudah untuk melakukan analisis LIBS. Para penyelidik menunjukkan bahawa pendekatan baru mereka dapat mengesan tahap logam berat yang sangat rendah seperti barium, kadmium dan raksa dengan masa analisis hanya beberapa minit.
Menggunakan LIBS pada cecair
Para penyelidik menggunakan LIBS kerana ia menawarkan cara yang cepat dan mudah untuk mengenal pasti beberapa elemen serentak. LIBS berfungsi dengan menumpukan nadi laser tenaga tinggi ke sampel, yang menguap bahan dan menjana plasma. Kerana cahaya yang dipancarkan oleh plasma mengandungi cap jari atom bahan, adalah mungkin untuk mengenal pasti komponen kimia sampel dengan menganalisis cahaya yang dipancarkan.
Ia adalah proses mudah untuk menggunakan analisis LIBS pada sampel pepejal. Sebenarnya, beberapa alat pegang tangan yang tersedia secara komersial tersedia untuk analisis jenis ini. Walau bagaimanapun, sukar untuk menggunakan kaedah ini untuk secara langsung menganalisis cecair kerana plasma yang terbentuk dalam cecair menjadi lebih cepat dan menampung masa yang sangat singkat. Di samping itu, menghasilkan plasma pada permukaan cecair menghasilkan percikan air yang secara langsung memberi kesan kepada bacaan spektroskopi.
Dengan sampel cecair, mewujudkan plasma yang memberikan isyarat yang baik untuk pengesanan kimia memerlukan tahap tenaga laser yang tinggi, yang hanya boleh disediakan oleh laser yang tidak mudah alih dan mudah alih. Untuk mengelakkan masalah ini, sampel cecair biasanya dianalisis dengan meletakkan penurunan pada substrat dan menunggu ia kering untuk menumpukan unsur-unsur kepentingan dalam sampel. Walaupun mendepositkan sampel pada substrat adalah agak mudah, nadi laser merangsang atom dari unsur-unsur dalam sampel dan juga dari substrat. Selain itu, penyejatan air boleh menyebabkan pengedaran tidak teratur pada kekotoran pada substrat, menjejaskan kebolehulangan semula isyaratnya.
Daripada meletakkan titisan ke substrat, para penyelidik menggunakan gelombang bunyi yang kuat untuk mengangkat titisan air tunggal. Gelombang bunyi menghasilkan daya yang cukup kuat untuk melawan graviti, membolehkan titisan berlegar tidak disokong di udara.
"Pengangkut akustik adalah kaedah yang mudah dan murah untuk mempercepatkan unsur-unsur kepentingan sambil mengelakkan pencemaran dari permukaan substrat," kata Contreras. "Selain itu, ia tidak memerlukan sampel untuk mempunyai apa-apa jenis tindak balas elektrik atau magnetik seperti beberapa kaedah lain yang digunakan untuk mencapai levitation."
Menganalisis titisan
Di dalam kertas, para penyelidik menunjukkan bahawa menggunakan gelombang akustik untuk melepaskan satu setitik air membolehkan mereka mengesan kepekatan logam berat yang sangat rendah. Sebagai contoh, mereka mengesan 0.7 miligram per liter kadmium dan 0.2 miligram per liter barium. Mereka juga menunjukkan bahawa teknik pengangkut akustik yang mereka gunakan adalah cukup stabil untuk analisis LIBS yang boleh dihasilkan.
"Teknologi ini mempunyai potensi untuk mengesan logam berat dan unsur-unsur lain secara serentak di dalam air secara cepat dan kos efektif," kata Contreras. "Penganalisis dalam talian berdasarkan teknologi kami dapat membantu mencegah bencana alam sekitar dan menyumbang kepada kawalan kualiti air yang lebih baik."
Para penyelidik kini berusaha memperbaiki instrumentasi. Sebagai contoh, mereka mahu mengoptimumkan reka bentuk mekanikal perangkap akustik untuk mencapai keadaan levitasi yang lebih stabil, yang akan meningkatkan kebolehulangan semula bacaan LIBS. Mereka juga mahu meningkatkan kepekaan dengan melembutkan stek yang lebih kecil, yang mana bulu
Subscribe to:
Posts (Atom)