脫鹽系統(tǒng)在改善淡水供應(yīng)方面起著非常重要的作用，但是有些水資源過咸，這種高鹽度水中的鹽含量可能是普通鹽水的10倍之多，用現(xiàn)有的科學(xué)手段無法進(jìn)行有效的處理。近期，萊斯大學(xué)（Rice University）的科研人員開發(fā)出了一種太陽能淡化系統(tǒng)，該系統(tǒng)依靠特殊的耐腐蝕涂層來對(duì)抗這種超咸水。

萊斯大學(xué)科研人員Kuichang Zuo（左）和Qilin Li 

在包括石油和天然氣等工業(yè)生產(chǎn)中可能會(huì)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(shí)也會(huì)產(chǎn)生濃鹽水。這些高鹽度的水不能通過常見的脫鹽技術(shù)來處理，因?yàn)樗璧膲毫^大，進(jìn)而會(huì)耗費(fèi)非常高的成本和能源。

去年，哥倫比亞大學(xué)的一支科研團(tuán)隊(duì)曾研發(fā)出新一代脫鹽系統(tǒng)，并通過試驗(yàn)演示了如何將溶劑添加到高鹽度水中，從而以低成本和高效率的方式提取鹽分。而近期，來自賴斯大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)也找到了突破性的解決方案，同樣被認(rèn)為是低成本和非常高效的，他們是利用二維形式的氮化硼來進(jìn)行脫鹽處理。

氮化硼具有各種形狀和尺寸，但是當(dāng)形成二維六邊形圖案（僅單個(gè)原子厚）時(shí)，它具有一些非常有用的特性。這種材料有時(shí)被稱為“白色石墨烯”，在超薄電子設(shè)備和先進(jìn)太陽能電池的開發(fā)中擁有巨大潛力。賴斯大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)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)生更大的溫差。一般而言，當(dāng)鹽水流過這些多孔膜的一側(cè)時(shí)，會(huì)被特殊涂層加熱，這樣會(huì)在另一側(cè)與冷淡水產(chǎn)生溫差。反過來，這會(huì)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(shí)更具腐蝕性，這會(huì)立即破壞設(shè)備中的加熱元件并使它失效。而二維氮化硼能夠在不銹鋼網(wǎng)絲的頂部生長成六邊形層，該網(wǎng)孔膜可以用在加熱元件上起到非常好的保護(hù)作用。

在這種應(yīng)用了二維氮化硼膜的太陽能脫鹽裝置中，固定在膜上的光活化納米粒子從陽光中收集所需的能量。在測試中，研究人員發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)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，他們表示利用這種膜所提供的淡化能力超過當(dāng)前環(huán)境太陽能膜技術(shù)的10倍。這是因?yàn)榧訜嵩碾妷阂耘c家用交流電源相同的50Hz頻率運(yùn)行，并且功率密度高達(dá)每平方米50kW。

據(jù)報(bào)道，由于采用了特殊涂層，使得該系統(tǒng)保持了出色的穩(wěn)定性，并顯示出優(yōu)秀的導(dǎo)熱性、水蒸氣滲透性和耐腐蝕性。值得注意的是，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⑦@種新技術(shù)整合到螺旋膜系統(tǒng)中，這預(yù)示著該解決方案會(huì)更緊湊，更便于運(yùn)輸和安裝。研究人員現(xiàn)在正在尋找行業(yè)合作伙伴，以幫助他們開展更大規(guī)模的現(xiàn)場測試。

該研究發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上。