MIT迷信家开辟非毛细海水淡化体系,可高效脱盐,1平方米用料本钱仅约4美元

互联网 3个月前 站长
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据结合国粮农构造《2020 年食粮及农业状态》讲演表现,寰球约三分之二的生齿可能将面对缺水成绩,而生涯在开展中国度缺水地区的人们还面对缺少牢靠电力的成绩。

因而,在处理人们缺水成绩的同时,还需统筹电力保证,浩繁科研任务者将视线聚焦在应用太阳热能淡化海水或苦淡水的战略上。

值得存眷的是,该战略存在必定的缺点,很多科研任务者都曾碰到过,由盐堆积惹起的装备结垢成绩,这每每会增添海水淡化的庞杂性跟出产本钱。能否能发现一种既高效又廉价的海水淡化装备,成为众科研任务者探究的核心。

克日,麻省理工学院(MIT)结合上海交通年夜学的研讨团队找到一种处理“盐积聚”成绩的方式。经由临时研讨及重复测试后,他们终于发现了一种新型海水淡化体系,与从前的太阳能脱盐方式比拟,该体系的效力更高,本钱更低。

MIT迷信家开辟非毛细海水淡化体系,可高效脱盐,1平方米用料本钱仅约4美元
图 | 食用色素展现流体活动(起源:Nature Communications)

这幅图抽象地用食用染料展现了活动道理,左图表现了染色的去离子水从顶部究竟部散装水的迟缓传输,右图则表现了在天然对流感化下,染色的盐水从顶部疾速运送究竟部的去离子水。

据悉,依照该团队的预算方法,一个仅有 1 平方米网络面积的海水淡化体系,能够满意一个家庭的一样平常饮用水需要,如斯高效的条件下,一平方米的装备所需的资料本钱只要 4 美元阁下。

这一体系不只能够用于海水淡化处置, 也可用作污水处置或制备消毒医疗东西。该体系最年夜的代价是,除了太阳光自身之外,全部这些目标的实现都无需耗费任何动力。

2 月 14 日,相干论文以《经由过程非毛细构造实现高效且无盐的太阳能蒸发》(Highly efficient and salt rejecting solar evaporation via a wick-free confined water layer)为题宣布在 Nature Communications 上,该研讨结果由 MIT 博士研讨生张乐楠、博士后李翔宇、机器工程系教学伊夫林・王(Evelyn Wang)等人独特配合实现[1]。

MIT迷信家开辟非毛细海水淡化体系,可高效脱盐,1平方米用料本钱仅约4美元
图 | 相干论文(起源:Nature Communications)

此前,年夜少数太阳能脱盐体系的研讨,是经由过程某种毛细构造来接收盐水的,然而这些毛细构造的名义轻易凑集良多盐垢,而这些盐垢很难干净。

伊夫林表现:“现在,市场上有良多真正高机能的、抗盐的、基于太阳能的蒸发等种种计划装备的演示,多少乎都存在盐传染成绩,科研任务者们还无奈真正处理这个困难。咱们存眷到了这些十分有吸引力的机能,然而这些装备的寿命会遭到盐垢的影响而年夜年夜收缩。”

于是,该团队实验换一种思绪来处理此类痛点,他们开端专一开辟一种非毛细海水淡化体系。将绝热资料涂黑用于接收太阳光热量。同时绝热层上方构成一个薄水层,应用通孔连通高低的盐水,全部体系能够浮在蓄水池或水池。

MIT迷信家开辟非毛细海水淡化体系,可高效脱盐,1平方米用料本钱仅约4美元
图 | 用于太阳蒸发的非毛细构造(起源:Nature Communications)

做测试的时间,该团队选用了由聚氨酯制成的资料,经由细心盘算及大批试验,研讨职员断定了 2.5mm 为孔径的幻想尺寸。

这些孔能够让差别温度的高低层盐水之间,依照必定的法则停止轮回,将下层积聚的盐分开释上面更年夜的水体中,如许水分蒸发剩下的如许水分蒸发剩下的盐无望把持在适合的范畴之内。应用如许的道理,非毛细海水淡化体系能够更好地防止盐分凑集发生的析出成绩。

伊夫林表现:“这种非毛细海水淡化体系不只能够实现高性污染海水,也能够避免盐垢的积聚。”

李翔宇称,“该体系最年夜的亮点是兼具高机能跟牢靠运转,尤其是在极其前提下,能够处置濒临饱跟的盐水,这象征着它也可用于废水处置。”

实在,传统的污染装备所应用的新资料价钱非常昂贵,体系构造也很庞杂,而该团队的非毛细海水淡化体系所用资料本钱十分之低,多少乎应用的都是家用资料,这是此次研讨战略的一年夜主要冲破。

MIT迷信家开辟非毛细海水淡化体系,可高效脱盐,1平方米用料本钱仅约4美元
图 | 非毛细构造的展现(起源:Nature Communications)

张乐楠说:“天然对流驱动的脱盐,跟热氛围回升,冷氛围降落是同样的道理。因为水在蒸发,下层的盐度跟密度较高,上层密度较低,驱动了天然对流,使得顶部的高浓度盐水降落。从体系顶部蒸发的水能够网络到冷凝名义,以供给污浊的海水。”

停止现在,该团队曾经经由过程一个小型台式装备证实了他们的假想,下一步将重视在现实利用场景方面发力。

在未几的未来,该团队发现的海水污染无望利用于阔别电网的偏僻地域,并为这里的人们供给保险用水,或在因飓风、地动招致畸形供水中止后用于救灾。

-End-

参考:

1.Lenan Zhang, Xiangyu Li, et al, Nature Communications 13,849(2022)
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28457-8
https://techxplore.com/news/2022-02-solar-powered-route-inexpensive-desalination.html

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