Совместный проект Тель-Авивского университета и Университета Цинхуа по улучшению очистки воды

По данным Центра контроля и профилактики заболеваний, в мире около 800 миллионов человек не имеют доступа к чистой питьевой воде, а около 2,5 миллиардов постоянно  живут в антисанитарных условиях. Потребление некачественной питьевой воды и нехватка ее для элементарной гигиены становятся причиной почти 90% случаев смерти от кишечных расстройств. Так что одной из насущных задач ученых и инженеров является поиск эффективных методов очистки воды.

Статья в издании Nature Nanotechnology рассказывает о новаторской системе фильтрации на основе нанотехнологий. Система основана на принципе мельчайших колебаний мембран, составленных из углеродных нанотрубок, так называемых "фононов". Эти колебания значительно усиливают диффузию воды, проходящей через очистные фильтры.

Система фильтрации на основе колебаний стала результатом сотрудничества исследователей Университета Цинхуа и Тель-Авивского университета. Руководство проектом осуществляли профессор Каньшуй Чжэн из Центра исследований нано и микро механики и профессор факультета химии Тель-Авива Майкл Урбах совместно с профессором Франсуа Греем из Университета Женевы.

"Тряси, греми, кружись…"

"В ходе исследований мы обнаружили, что сверхмалые колебания помогают различным материалам гораздо более успешно проникать друг в друга, - разъясняет профессор Урбах.  - Через фононные колебания - колебания водоносных нанотрубок  - поток воды усиливается, а очистка и опреснение улучшаются.  Существующие системы фильтрации воды потребляют большое количество  энергии из-за трения на наноуровне. Но при наноколебаниях мы становимся свидетелями трехкратного увеличения эффективности водного потока и, конечно же, снижения энергозатрат".

Компьютерное моделирование продемонстрировало, как при правильном применении такие колебания повышают скорость диффузии воды на 300%. Полученные результаты имеют огромное значение и для процесса опреснения, и для энергосбережения - например, для повышения эффективности энергозатрат при опреснении с использованием мембран обратного осмоса с нанопорами или для экономии энергии при использовании мембран с нанотрубками из нитрида бора.

Решение найдено - краудсорсинг

Проект, инициатором которого выступила World Community Grid IBM, провел эксперимент с краудсорсингом, когда более 150.000 добровольцев предоставили исследователям для расчетов неиспользуемые мощности своих компьютеров.

"Наш проект получил право использования World Community Grid IBM, открытую платформу пользователей со всего мира для запуска нашей программы и получения точных результатов, - сказал профессор Урбах. - Это первый проект такого рода в Израиле, и мы никогда не смогли бы сделать это в нашей лаборатории с четырьмя студентами. Нам потребовалось бы около 40.000 лет работы одного компьютера. А вместо этого мы получили 150.000 волонтеров, которые скачали и запустили проект на своих ноутбуках и стационарных компьютерах".

"Краудсорсинг расчетов играет все более важную роль в научных прорывах, - продолжил Урбах. - Как показывают наши исследования, количество вопросов, на которые можно дать ответ совместными усилиями, постоянно растет".

Компьютерное моделирование было разработано Минь Ма, выпускником Университета Цинхуа и стало темой его докторской диссертации в группе профессора Урбаха в Тель-Авиве. "Студенты Цинхуа работают замечательно. Этот проект является примером плодотворного сотрудничества между двумя нашими университетами, которое  началось в Цинхуа и благодаря Цинхуа,"  - добавил профессор Урбах.

Другими партнерами этого международного проекта выступили исследователи Центра нанотехнологий Университетского колледжа Лондона, ученые Женевского университета, Университета Сиднея и Университета Монаша в Австралии, а также китайского Университета Сиань Цзяотун. В настоящее время идут переговоры с компаниями, заинтересованными в применении технологии наноколебаний для различных коммерческих проектов.