SURF 특집: Mary O'Sullivan '23 및 Huma Jafree '22 깨끗한 물 검색

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Copley Science Center Room 217에서는 배관이 담쟁이덩굴처럼 벽을 기어오르고 공기가 전류로 웅웅거립니다. 내부에는 두 명의 학생이 PVC 튜브, 유리 비커, 백열등이 가득한 실험실 테이블에서 뒤로 기대어 쇼핑에 대해 이야기하고 있습니다. 그들의 대화 주제는 두 학생들이 올 여름 Schapiro 학부 연구 펠로우십(SURF) 프로젝트에서 연구한 정수 방법인 막 증류입니다.

Huma Jafree '22는 "소금물은 들어오고 깨끗한 물은 나가게 됩니다"라고 말하면서 전 세계의 담수 부족 문제를 잠재적으로 해결하는 데 역할을 할 것으로 믿는 과정을 설명했습니다.

물리학을 전공하고 수학을 부전공하는 유학생인 Jafree는 에어 갭 막 증류라고 불리는 물 증류 방법을 개선하는 일을 했습니다. "공극 막 증류에서 기공 크기 및 간격 크기의 효과"라는 제목의 프로젝트에서 그녀는 한 용기의 소금물을 증기로 변할 때까지 가열한 후 다공성 고분자 막을 통과하여 두 번째 챔버로 이동했습니다. 그곳에서 그녀는 증기 입자를 냉각시켜 담수 방울로 응축시켰습니다. 그녀가 맡은 임무는 가장 효율적인 형태의 물 증류를 결정하기 위해 공극의 폭과 기공의 크기를 조정하는 것이었습니다.

이것이 바로 "막 증류 시스템에 사용하기 위한 용융 전기방사막의 제조 및 특성화"라는 제목의 Mary O'Sullivan '23(공학 전공, 화학 및 수학 이중 부전공) SURF 프로젝트가 참여한 곳입니다. Honors 프로그램 학생이자 Colonial Beach 출신 용융 전기방사라는 공정을 통해 Jafree의 실험에 사용된 것과 동일한 유형의 막을 생산하는 최선의 방법을 모색했습니다. 가열되고 전류가 흐르는 바늘의 도움을 받아 O'Sullivan은 중합체(그녀의 경우에는 빨대, 젖병, 요구르트 용기와 같은 가정용품에서 발견되는 폴리프로필렌)를 녹였습니다. 이 중합체는 나중에 다음과 같은 크기의 기공 크기를 갖는 섬유막으로 조립되었습니다. 컴퓨터 안내를 통한 미크론.

Jafree는 교수 멘토이자 공학 교수인 Jim McLeskey의 지도 하에 수행된 연구에 대해 "우리 둘 다 상업적으로 이용 가능한 것보다 더 나은 막 두께나 공극 크기가 있는지 여부에 관심이 있습니다."라고 말했습니다. "현재 시장은 제한되어 있습니다. 따라서 막을 처음부터 만들 수 있다면 우리 연구의 매개변수가 매우 다양한 방식으로 열릴 것입니다."

담수화의 미래는?

전통적으로 과학자들은 물을 끓는점인 섭씨 100도까지 가열하여 증발시켜 염분, 암모늄, 하수 등 원하지 않는 물 성분으로부터 물을 분리해야 합니다. O'Sullivan은 "막 증류의 좋은 점은 물을 끓는점까지 가져올 필요가 없다는 것입니다. 단지 섭씨 50도 정도만 뜨거워지면 되기 때문에 에너지를 절약하고 비용을 절감할 수 있다는 뜻입니다"라고 O'Sullivan은 설명했습니다.

Jafree는 "이것은 폐열이나 태양 에너지를 사용하여 바닷물을 데우고 차가운 바닷물을 사용하여 냉각시키는 시스템일 수 있습니다. 본질적으로 저렴한 비용으로 에너지가 거의 필요하지 않습니다. 바닷물을 적절한 온도로 가열하여 담수를 생산하는 것입니다."

그렇다면 Jafree와 O'Sullivan의 실험실에서의 일반적인 하루는 어땠나요? O'Sullivan은 "준비 작업이 많이 필요합니다"라고 말했습니다. 그 이유는 그녀와 Jafree의 시스템이 단일 "실행"을 완료하는 데 몇 시간이 걸리고 각각 하나의 새로운 멤브레인 또는 하나의 경쟁 물 증류 사이클로 마무리되기 때문입니다. 시스템이 마법처럼 작동하는 동안 듀오는 SURF 심포지엄 포스터 프레젠테이션을 준비하고 장비를 청소하고 결과를 기록했습니다. 때때로 이러한 결과는 답변보다 더 많은 질문을 제공했습니다.

프로세스가 진행됩니다

Jafree는 SURF 심포지엄에서 자신의 연구 결과를 발표하기 불과 3주 전에 자신의 절차에서 결함을 발견했습니다. 그 시점에 그녀는 증류 시스템으로 60회의 실행을 완료했으며 각 실행은 약 3시간 동안 지속되었습니다. 그녀는 매 달리기를 다시 수행해야 한다는 것을 깨달았고, 이는 그녀의 9주간의 펠로우쉽 범위를 훨씬 넘어서게 될 것입니다. 그래도 그녀는 문제를 해결했을 때 기뻤고, 후속 실행에서 만족스러운 결과를 얻었습니다.