「科学」全球淡水危机!如何高效把海水变饮用水?

全球淡水危机是一个严重的环境问题,随着人口增长和气候变化,淡水资源短缺的问题日益凸显。将海水转化为饮用水是解决淡水危机的一个重要途径。以下是一些高效将海水转化为饮用水的科学方法:
1. "海水淡化技术": - "蒸馏法":通过加热海水,使水蒸发,然后冷凝蒸汽以获得淡水。这是最古老的海水淡化方法之一。 - "反渗透法":利用半透膜,只允许水分子通过,而阻止盐分和其他杂质。这是一种高效的海水淡化技术。 - "电渗析法":通过施加电压,使带电的离子通过离子交换膜,从而分离出淡水。
2. "膜生物反应器(MBR)": - 结合了生物处理和膜过滤技术,可以有效地去除海水中的有机物和悬浮物。
3. "光催化海水淡化": - 利用光催化剂(如TiO2)在光照下分解水分子,产生氢气和氧气,同时获得淡水。
4. "离子交换技术": - 通过离子交换树脂去除海水中的盐分和其他离子,从而获得淡水。
5. "纳米技术": - 利用纳米材料(如碳纳米管、石墨烯等)进行海水净化,具有高效、环保的特点。
6. "太阳能海水淡化": - 利用太阳能作为能源,驱动海水淡化过程,具有可持续性。
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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。



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!


END


作者:麦婉华

编辑:郭玲

审校:龚紫陌

视觉:龙昊



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