研究人员开发了一种系统,使用电冲击波从含盐或受污染的水中提取盐和其他杂质,并表示该系统可以扩大规模用于海水淡化或水净化厂,或者用于清洁大量的脏水通过水力压裂法生产。
该技术被称为“冲击电渗析”,将电力驱动的冲击波应用于恒定的流动水流。 电流与带电盐颗粒相互作用,导致咸水流被推到一边并与淡水流分离,然后这些水流流入单独的管道。
一种廉价而高效的海水淡化工艺,可以将咸水、咸水或受污染的水转化为新鲜、干净的水,这将以我们只能梦想的方式改变世界,但到目前为止,还没有人能够做到完美。
最流行的技术之一是反渗透,它将水分子与较大的颗粒(例如盐和杂质)分离,但所使用的过滤器很容易堵塞,这限制了系统的容量。 将水中的杂质煮沸使其可供饮用听起来很简单,但它需要大量的能量,科学家们尚未弄清楚如何使其具有成本效益。
因此,麻省理工学院的工程师决定采取一种全新的方法,研究混合水和电时会发生什么。 咸水或受污染的水通过一种称为熔块的廉价多孔材料注入,该材料由微小的玻璃颗粒、柔性膜和电极制成。 当它流动时,电流会施加到水中,并与水中的盐分相互作用。
大卫·L·钱德勒 (David L. Chandler) 解释接下来会发生什么麻省理工学院新闻:
“当电流流过该系统时,咸水会分成盐浓度降低或升高的区域。当电流增加到一定程度时,它会在这两个区域之间产生冲击波,从而将溪流和盐分急剧分开。允许新鲜区域和咸区域通过流动中心的简单物理屏障分开。”
该系统与其他海水淡化或水净化技术基于相同的概念,但有一个根本区别。 在基于反渗透的系统中,脏水或咸水通过特殊的膜来捕获盐颗粒和其他杂质。 在麻省理工学院的系统中,膜也被用作污染物的屏障,但水不是流过膜,而是流过膜。
该团队称之为“无膜分离”,它解决了反渗透的巨大问题——当过滤材料积累过多时,它会阻塞系统并导致危险的水压积聚。
“这个过程看起来很相似,但本质上是不同的,”团队成员之一、工程师马丁·巴赞特 (Martin Bazant) 说道。 “盐不必穿过某些东西,[带电盐粒子]“只需移动到一侧。”
在日志中描述新系统环境科学与技术通讯,该团队表示,他们的系统可以处理连续的受污染水流,虽然他们到目前为止只在实验室中测试了其熟练程度,但他们认为它可以很容易地扩展到商业企业,因为它需要的基础设施很少。 这也意味着该系统可以应用于偏远地区的便携式系统。
“一种可能的应用是清洁水力压裂产生的大量废水,”麻省理工学院新闻的钱德说。“这种受污染的水往往是咸的,有时还含有微量的有毒离子,因此非常需要找到一种实用且廉价的清洁方法。”
施加到水中的电场电压相对较高,这意味着该过程不仅可以过滤掉污垢和盐分,还可以过滤掉有害细菌。 这表明该系统可用于对受污染的饮用水进行消毒。
但这并不是目前正在开发的唯一有前途的新型海水淡化技术。 埃及的研究人员一直在开发一个系统基于渗透蒸发过程,它可以淡化海水,其含盐量与红海一样多。 与此同时,来自伊利诺伊大学的工程师本月早些时候宣布他们开发了一种材料,可以让大量的水通过极其微小的“纳米孔”,同时阻挡盐和其他污染物。