纳米木膜淡化海水 或可成为新一代海水淡化“神器”
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2019-11-01 19:55 (北京时间)
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来源:解放军报

  纳米木膜淡化海水

  ■李 超 董彦均 刘思彬

  “以木材为原料制成的纳米木膜,可淡化海水。”这一技术的出现,成为该领域的一大亮点。

  近期,国外一所大学的研究者们,成功地用木材制成了一种厚度为0.5毫米的超薄过滤膜——纳米木膜,来淡化海水、净化水质。相对于传统的海水淡化技术,此法不仅节能环保,而且造价低廉,或可代替市场上广泛使用的由石油衍生的塑料过滤膜,成为新一代海水淡化的“神器”。

  水资源短缺是开展此项目研究的根本原因。全球总水量约为14亿立方千米,海水约占97%,可供人类饮用的淡水约占2%。随着全球人口增加和气候变化,淡水资源日益紧张,人类被迫将目光转向海水。 

  传统海水淡化工艺主要分为蒸馏法和膜法两类,使用较多的方法是膜法中的反渗透技术,对海水加压,使其进入多孔薄膜进行过滤,以此去除海水中的杂质和盐分。目前中东等地区就在使用这一技术。这种方法不仅会耗费巨大的能源,还会大量消耗造价昂贵又易损坏的塑料过滤膜,因此有“一碗水,一碗油”之说。

  纳米木膜的淡化原理则综合了蒸馏法与膜法两者的优长,使用疏水的微孔膜对海水溶液进行淡化。常压下,液态水由于水的表面张力作用,不能透过膜的微孔,而水蒸气则可以。当膜的两侧存在一定的温差时,由于蒸气压的差异,水蒸气则顺势透过微孔,在另一侧冷凝下来成为淡水。

  在实验过程中,研究人员对这种材料制成的过滤膜一侧加热,流过薄膜这一侧的水就会快速蒸发。使用这种方法产生水蒸气,比烧水产生水蒸气消耗的能量要小得多。而且,这种膜的孔穴也比商用塑料膜多,使得水蒸气更易透过。

  除了低能耗,使用纳米木膜淡化海水,具有易操作、可持续、环保等优点,能够在常压下进行,设备简单、操作方便,在技术力量比较薄弱的地区也能实现。而且,使用蒸馏法提取淡水,只有水蒸气可穿过薄膜,淡水纯净度会提高。此外,从环保角度考虑,木制薄膜也方便降解。

  不过,纳米木膜并非十全十美。木材自身疏水性较差,需要在制作过程中对木材进行再处理,会产生附加成本。此次试验发现每平方米木膜每小时只能过滤大约20千克水,效率仅为商用塑料过滤膜的一半。研究人员认为,造成该问题的原因是最终制成的膜比预想的更厚、气孔更小,而改用其他气孔大小更理想的木材,制作更薄的膜,可解决该问题。

  总之,纳米木膜的发展前景是令人期待的,一旦解决了淡化的效率问题,或将代替塑料过滤膜成为商业化淡化海水的主力军,更加高效环保地获取淡水。无疑,这也将助力海上军事力量的淡水保障。

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