【科学强国】全球淡水危机!如何高效把海水变饮用水?

2022-07-04 19:33:27 来源:科学强国微信公众号 作者:麦婉华 责任编辑:康小君 字号:T|T

据世界气象组织发布的最新报告,2018年,全球已经至少有36亿人每年至少有一个月面临用水量不足的困境,而这种情况持续到2050年时,全球缺水的人数预计将要达到50亿。这份报告指出,在过去的20年间,地球的地下水水面一直在以每年1厘米的速度下降,而且这种下降速度将会一直保持稳定,给全球水安全造成重大影响。

  可能大家会有疑问,明明地球上的水资源如此众多,地球70%都是被水覆盖,为何会缺水呢?其实,这些水大部分都是海水资源,人类无法直接饮用,75亿人在地球上可以直接饮用的安全水只有3%而已。

  面对缺水问题,科学家一直在探讨如何利用好海水资源——如何高效把海水变饮用水?

  可惜的是,当下通过海水淡化技术生产饮用水的方法往往能耗极高。目前,淡化海水的方法主要有两种:热法,即利用热量蒸发海水,使海水凝结成纯水;反渗透法,即利用压力迫使海水通过一层阻挡盐分的薄膜,令水和杂质分离。这两种方法都非常耗能。

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  最近,东京大学的研究人员首次利用氟基纳米材料成功从水中过滤出盐。与目前的海水淡化方法相比,含氟纳米通道速度更快,需要的压力更小,耗能也更少,是一种更高效的过滤器。

  研究小组通过化学合成的纳米级氟环来制造测试过滤膜,纳米级氟环被堆叠并嵌入到不透水的脂质层中,类似于组成细胞壁的有机分子。一根头发大约有10万纳米宽,研究人员制作的出的测试样品纳米环直径大约在1到2纳米之间。为了测试膜的有效性,研究人员测量了膜两侧盐水中的氯离子浓度。

  研究结果显示,测试样本比典型的工业设备运行速度快几千倍,比基于碳纳米管的海水淡化实验设备快2400倍。这是因为氟是阴离子,它排斥同为阴离子的氯离子。它将所谓的水团打破,形成松散结合的水分子团,使得流体能更快地通过通道。这种氟基水淡化薄膜更有效、更快速、操作所需能量更少,而且使用起来也非常简单。

  当然,这种技术要使用到日常还需要很长的时间研究。期望科学家们继续研究新方法、好方法。希望有朝一日,人类不用因缺水而烦恼,而是能好好利用海洋水资源!

  作者:麦婉华

  编辑:郭玲

  审校:龚紫陌

  


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