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特殊材料助力海水淡化 新材料发展大有所为

2021-09-16 09:36:46  来源: 仪器网

水是生命的源泉,地球71%的面积都被水覆盖,但是这并不意味人类不缺水,事实上,能够供给人们直接使用的淡水资源非常有限,大概只占地球总水量的2.53%。也正因为这个原因,针对水资源的运用,出现两种方向的研究:如何有效地运用有限的淡水资源,并确保资源的可持续发展;如何将资源丰富的海水或者说咸水资源转化为可供使用的淡水资源。
 
  关于淡水资源的可持续发展,其实涉及到的领域知识并没有想象中那么复杂,大多还是围绕水资源保护展开的。而关于海水淡化,却是一门非常深的学问了。
 
  近日,澳大利亚莫纳什大学发布了一项全新的研究成果,其中提到该校的研究人员和同行合作开发了一种新型的咸水淡化技术,这门技术依托于一种孔隙中加入有聚螺吡喃丙烯酸酯的特殊金属有机框架材料,能够快速的将海水转化为饮用水,并且在阳光照射后这种材料能很快的释放出吸附的盐分等颗粒,达到重复使用的目的。
 
  显然,这项技术为后续咸水淡化提供了一个不错的方向,但是这并不是人类首次通过科研技术解决海水淡化问题。事实上,海水淡化的历史可以追溯到16世纪,并且发展到今天涉及到的技术也非常多,甚至有的技术大家非常熟悉,比如蒸馏。
 
  蒸馏作为众多实验操作中的一种,不少学生在初中就开始接触,而蒸馏在海水淡化领域的运用,就原理来说和大家了解的并无差异。利用不同物质沸点的不同,将咸水加热到水的沸点(具体可能因为气压不同而导致沸点温度的不同),此时咸水中的水会气化成水蒸气上升,这时候,将水蒸气导入冷凝管,它们就会再次凝结成小水滴,收集这些水滴便可以得到基本没有杂质的蒸馏水,而蒸馏水本身就是一种淡水。
 
  不过蒸馏法在海水淡化领域却也有着很多发展,比如蒸汽压缩技术的出现与加入,以及设备的优化设计等等。但是无论怎么发展,蒸馏法都存在一个问题,那便是成本。蒸馏提纯对于海水淡化来说,投入的人力、资源、时间都太大,由此产生的淡水虽然可以直接使用,但是性价比太低。更直观地说就是,蒸馏法以目前的技术而言,无法承担大规模的海水淡化工作。
 
  这时候材料学的发展为海水淡化提供了新的思路——反渗透膜的出现让大规模的海水淡化存在了可能。
 
  一方面反渗透在高流速下有高效脱盐率,并且在较低操作压力下就能发挥功能;另一方面,其制造成本相对低廉,且不易受到温度、酸碱度影响,不易腐蚀,有较强的机械寿命。客观的来说,反渗透技术确实为当时海水淡化提供了全新的思路,并且适当的和蒸馏法联用,在淡化效果上也有很好的成效。但是另一方面在设备的处理上,反渗透膜法却非常繁琐。而这次的特殊材料同时解决了设备的局限以及淡化的效率、难度问题,无疑是材料学上的又一次突破。
 
  尽管,从目前来看,我们还无法知道这种材料能不能成为海水淡化道路上的风向标,但是它至少证明了,新材料的发展对于海水淡化来说,有着非比寻常的意义。
 
  本文参考资料来源:科技日报、百度百科、百度学术


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