“光敏”技術可在不到 30 分鐘內將海水變成乾淨的飲用水
- Feb 27, 2023
- 3 min read
作者： Jonathan Chadwick
出處 ：Daily Mail UK
翻译：Sarea Leung
新技術使用金屬有機框架利用陽光淨化水
這些所謂的 MOF 可分離苦鹹水和海水中的含鹽溶質
這個概念可以為全世界數百萬人提供飲用水
科學家們開發出新技術，可以在不到 30 分鐘的時間內將海水變成乾淨的飲用水。
澳大利亞的研究人員使用金屬有機骨架 (MOF)（一種晶格狀晶體）來淡化水。
在稱為分子篩分的過程中，孔隙的空心框架將鹹水甚至更鹹的海水中的含鹽溶質分離出來。
在黑暗條件下，框架會在 30 分鐘內吸收水中的鹽分和其他雜質。然後，MOF 本身會在短短四分鐘內再生以供重複使用，利用陽光去除吸附的鹽分。
光響應 MOF 用於過濾水中的有害顆粒，每天每公斤 MOF 產生 139.5 升清潔水。
科學家表示，他們的技術比目前的海水淡化方法（包括反滲透）更節能，可以為全球數百萬人提供飲用水。
根據世界經濟論壇 (WEF) 的數據，水資源短缺是未來幾年最大的全球風險之一。
通過使用太陽能蒸發的熱脫鹽工藝廣泛用於生產淡水，但可能是高度能源密集型的。
這項新技術已獲得專利，科學家們正在與潛在的行業合作夥伴討論將該技術商業化。
“陽光是地球上最豐富的可再生能源，”澳大利亞莫納什大學化學工程系教授王煥廷說。
“我們通過利用陽光進行再生開發了一種新的基於吸附劑的海水淡化工藝，為海水淡化提供了一種節能和環境可持續的解決方案。”
海水淡化——將不可飲用的鹽水或鹹水變成可飲用水的過程——已被用於解決全球日益嚴重的水資源短缺問題。
王教授說：“由於苦鹹水和海水的可用性，以及海水淡化過程的可靠性，處理過的水可以整合到現有的水生系統中，而健康風險最小。”
世界衛生組織建議優質飲用水的總溶解固體 (TDS) 應低於百萬分之 600 (ppm)。
莫納什研究人員能夠在短短 30 分鐘內實現低於 500 ppm 的 TDS，並通過快速釋放吸附的鹽在陽光下四分鐘內再生 MOF 以供重複使用。
MOF 於 1990 年代被發現，可能具有用於儲氫、太陽能甚至清除空氣中有毒氣體的潛力。
它們是一類由金屬離子組成的化合物，這些金屬離子形成一種晶體材料，具有已知材料中最大的表面積。
它們的多孔性如此之大，以至於一茶匙就可以填滿整個足球場的表面。
研究團隊創建了一種名為 PSP-MIL-53 的專用 MOF，它是光可逆的，這意味著它的功能可以通過光從一種轉變為另一種。
PSP-MIL-53 是通過將聚（螺吡喃丙烯酸酯）(PSP) 引入 MIL-53 的孔中合成的，MIL-53 是一種特殊的 MOF，以其呼吸效應和吸附水和二氧化碳等分子的轉變而聞名。
PSP-MIL-53 每天每公斤 MOF 能夠產生 139.5 升淡水，能耗低，來自河流、湖泊或含水層。
王教授說：“這項研究成功地證明了光響應性 MOF 是一種很有前途、節能且可持續的海水淡化吸附劑。”
“我們的工作為使用太陽能設計功能材料提供了一條激動人心的新途徑，以減少能源需求並提高海水淡化的可持續性。
“這些對陽光敏感的 MOF 有可能進一步功能化，以低能量和環保的方式提取礦物，用於可持續採礦和其他相關應用。”
通過蒸發進行的熱脫鹽過程通常是能源密集型的，而反滲透等其他技術也有一些缺點。
在反滲透中，含有溶解鹽分子的水被迫通過半透膜過濾器。
較大的鹽分子無法通過膜孔，但較小的水分子可以。
反滲透是海水淡化的有效手段，但比其他方法成本高，能耗高。
這項新技術不同於太陽能蒸餾器，在太陽能蒸餾器中，水會蒸發並凝結成乾淨的水。
王教授告訴《每日郵報》，“[這]需要很多小時才能生產出足夠的清潔水供家庭使用。”
“我們的材料從水中吸收鹽分和其他污染物，這需要 20 到 30 分鐘而不需要陽光，從而產生淡水。
“在陽光下用少量水將鹽分從材料中洗掉需要幾分鐘。”
該研究已發表在期刊上自然可持續性.
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