萊斯大學科學家找到耐腐蝕的脫鹽系統(tǒng)：可高效低成本地處理高鹽水

全康環(huán)保:在改善淡水供應方面脫鹽系統(tǒng)起著非常重要的作用，但是某些自然資源過咸，以至于當前的解決方案無法處理。這種高鹽度水中的鹽含量可能是鹽水的 10 倍之多，現(xiàn)在科學家們開發(fā)出了一種太陽能淡化系統(tǒng)，該系統(tǒng)依靠特殊的涂層來對抗這種超咸水。

在包括石油和天然氣等工業(yè)生產(chǎn)中可能會產(chǎn)生高鹽度的水，現(xiàn)有的脫鹽系統(tǒng)在分離出淡水的同時也會產(chǎn)生濃鹽水。因此這些高鹽度的水不能通過常見的脫鹽技術(shù)來處理，因為它需要的壓力太大，因此非常昂貴且耗能。同時，處理高鹽度水通常是一項昂貴的事情。

來自哥倫比亞大學的一支科研團隊去年研發(fā)下一代脫鹽系統(tǒng)，該小組演示了如何將溶劑添加到高鹽鹽水中，從而以低成本和高效率提取鹽分。而現(xiàn)在來自萊斯大學的科研團隊也找到了突破性的解決方案，同樣被認為是低成本和高效的，他們利用二維形式的氮化硼進行了脫鹽。

氮化硼具有各種形狀和尺寸，但是當形成2D六邊形圖案（僅單個原子厚）時，它具有一些非常有用的特性。這種材料有時被稱為“白色石墨烯”，在超薄電子設(shè)備和先進太陽能電池的開發(fā)中擁有巨大潛力?，F(xiàn)在萊斯大學的科研團隊發(fā)現(xiàn)，它在處理咸水方面可以發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

研究小組發(fā)現(xiàn)，這種形態(tài)的氮化硼能夠讓脫鹽系統(tǒng)的中膜兩側(cè)產(chǎn)生更大的更大溫差。一 般而言，當鹽水流過這些多孔膜的一側(cè)時，會被特殊涂層加熱，這會在另一側(cè)與冷淡水產(chǎn)生溫差。反過來，這會產(chǎn)生壓力梯度，迫使水蒸氣通過膜，以濾出鹽和其他污染物。

問題是高鹽度水在加熱時更具腐蝕性，這會立即破壞設(shè)備中的加熱元件并使它變得無用。而 2D 氮化硼能夠在不銹鋼網(wǎng)絲的頂部生長了六邊形層，該網(wǎng)孔用作加熱元件并被并入了商用膜中。

這可以應用于太陽能脫鹽裝置中。在該裝置中，固定在膜上的光活化納米粒子從太陽收集所有所需的能量。在測試中，研究人員發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計能夠大量淡化高鹽度水，每平方米（11平方英尺）的膜能夠析出 42 千克（92磅）的淡水，他們聲稱這種膜的厚度超過當前環(huán)境太陽能膜技術(shù)所能提供的能力的 10 倍。

這是因為加熱元件的電壓以與家用交流電源相同的50 Hz頻率運行，并且功率密度高達每平方米50 kW。據(jù)報道，由于采用了特殊涂層，該材料保持了出色的穩(wěn)定性，并顯示出高導熱性，水蒸氣滲透性和耐腐蝕性。值得注意的是，該團隊能夠?qū)⒓夹g(shù)整合到螺旋膜系統(tǒng)中，這預示著一種緊湊的解決方案，可以根據(jù)需要進行運輸和部署。研究人員現(xiàn)在正在尋找行業(yè)合作伙伴，以幫助開發(fā)用于現(xiàn)場測試的更大版本。

該研究發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上。