低功耗海水淡化技术可为灾区及时提供饮用水

低功耗海水淡化技术可为灾区及时提供饮用水目前，最常用的海水淡化方法是反渗透法。简而言之，它的工作原理是迫使海水通过一层可渗透的膜，这层膜允许水分子通过，但不允许盐（氯化钠）分子通过。这是一个有效的过程，但也需要相当大的能量才能产生所需的推水压。此外，膜最终会被捕获的盐堵塞，必须更换。由英国巴斯大学、斯旺西大学和爱丁堡大学的科学家们开发的一种实验性新系统完全不利用压力。相反，它在一个容器的一端装有一个带正电的电极，另一端装有一个带负电的电极，两者之间有一层多孔膜。当海水被放入其中时，盐分子中带正电荷的钠离子会被吸入带负电荷的电极，而带负电荷的氯离子则会被吸入带正电荷的电极。当氯离子穿过薄膜向正极移动时，也会推动水（H2O）分子穿过薄膜。钠离子被负电极吸引，留在了膜的原来一侧。然后，氯离子被循环回这一侧，这样它们就能推动更多的水分子通过。最终，大部分的水都流到了膜的正电极一侧，完全不含盐。到目前为止，该系统只在每次几毫升的水中进行过测试。因此，研究人员正在寻找合作伙伴，帮助开发这项技术，使其能够处理一升水，这样他们就能更好地了解实用系统需要多少电力。首席科学家、巴斯大学的弗兰克-马肯（FrankMarken）教授说："目前，反渗透法耗电量非常大，需要一个专门的发电厂来淡化水，这意味着它很难在较小的规模上实现。我们的方法可以在较小规模上提供一种替代解决方案，由于可以提取水而不产生任何副产品，这将节省能源，而且不涉及工业规模的加工厂"。这项研究的论文发表在最近出版的《ACS应用材料与界面》（ACSAppliedMaterialsandInterfaces）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385605.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385605.htm

剑桥大学创造的新型太阳能设备可将脏水变成氢燃料和饮用水

剑桥大学创造的新型太阳能设备可将脏水变成氢燃料和饮用水研究人员发明了一种太阳能装置，可将脏水转化为清洁的氢气和净水图/ChanonPornrungroj/剑桥大光催化水分裂技术可将太阳光直接转化为可储存的氢气，但通常需要纯净水和土地来安装设备，同时还会产生无法利用的废热。由于水是一种宝贵的资源，利用任何未经处理的水源（如河流、海洋、水库或工业废水）的光催化装置将是一种更可持续的选择。因此，剑桥大学的研究人员从光合作用过程中汲取灵感，创造了一种太阳能装置，能够同时利用污染水或海水生产清洁氢燃料和清洁饮用水。该研究的第一作者ChanonPornrungroj说："将太阳能燃料生产和水生产结合在一个装置中是非常棘手的。太阳能驱动的水分裂（水分子被分解成氢气和氧气）需要从完全纯净的水开始，因为任何污染物都可能毒害催化剂或引起不必要的化学副反应。"研究人员希望模仿植物的光合作用能力，但与以往利用洁净水源生产绿色氢燃料的设备不同，他们希望自己的设备能够使用受污染的水，从而使其在难以找到洁净水的地区也能使用。研究报告的合著者阿里芬-穆罕默德-安努阿尔（AriffinMohamadAnnuar）说："在偏远或发展中地区，洁净水相对稀缺，净水所需的基础设施也不容易获得，因此水分裂极为困难。一个可以利用受污染的水进行工作的装置可以同时解决两个问题：它可以分水制造清洁燃料，也可以制造清洁饮用水"。他们将一种吸收紫外线的光催化剂沉积在一种吸收红外线的纳米结构碳网上，这种碳网对光和热都有很好的吸收作用，从而产生光催化剂用来制造氢气的水蒸气。经过拒水处理的多孔碳网有助于光催化剂漂浮，并使其远离下面的水，从而避免污染物干扰其功能。此外，这种结构还能让装置利用更多的太阳能量。装置构造示意图Pornrungroj等人/剑桥大学安努阿尔说："制造太阳能燃料的光驱动过程只使用了太阳光谱的一小部分，还有大量光谱没有使用。"因此，研究人员在浮动装置的顶部使用了一层白色的紫外线吸收层，通过水分裂来制氢。太阳光谱中的其余光线被传输到装置底部，使水汽化。研究人员说，这更接近于模仿植物的蒸腾作用，即水在植物体内的流动过程，以及水从叶、茎和花等气生部分蒸发的过程。Pornrungroj说："这样，我们就能更好地利用光--我们获得了用于制氢的水蒸气，剩下的就是水蒸气了。我们就真正模仿了真实的叶子，因为我们现在已经能够将蒸腾作用的过程纳入其中。"研究人员利用真实世界的开放水源对他们的装置进行了测试，包括剑桥市中心坎河的水和造纸业的浑浊工业废水。在人工海水中，该装置在154小时后保持了80%的初始性能。研究人员说，由于光催化剂与水源中的污染物隔离，并保持相对干燥，因此该装置可以保持其运行稳定性。它对污染物的耐受性很强，而且浮动设计使基底可以在非常浑浊或泥泞的水中工作，因此这是一个用途广泛的系统。研究人员认为，他们的设备有可能解决可持续发展和循环经济问题。这项研究的通讯作者ErwinReisner说："我们的设备仍然只是一个原理验证，但如果我们要发展真正的循环经济和可持续的未来，我们就需要这些解决方案。气候危机与污染和健康问题密切相关，开发一种有助于同时解决这两个问题的方法将改变许多人的命运。"这项研究发表在《自然-水》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396809.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1396809.htm

探索海水淡化的未来：对界面太阳能蒸发系统的全面回顾

探索海水淡化的未来：对界面太阳能蒸发系统的全面回顾构建高效界面太阳能蒸发系统以缓解全球淡水短缺的三大战略示意图。资料来源：纳米研究能源，清华大学出版社该团队的论文研究了二维和三维太阳能蒸发器的能源关系，并回顾了设计和制造高效ISE系统的策略。他们总结的工作为指导未来ISE系统的设计走向实际应用提供了视角。ISE是一种海水淡化技术，通过一个既环保又可持续的过程生产淡水。通过这项技术，太阳能被利用来蒸发和净化水。该技术使用光热蒸发器，将来自太阳光的热量转化为蒸发表面的局部热量，以有效地产生水汽，而不是消散在散装水和环境中。传统的海水淡化技术，如膜过滤和热蒸馏需要消耗大量来自化石燃料的电力，因此它们被认为是不环保的。科学家们继续寻找使用绿色和可持续能源的新海水淡化技术。最近在ISE技术方面的工作主要集中在优化能源管理上。研究人员已经改进了光热材料和蒸发器的设计，目的是为了实现更有效的能源利用。这是通过三个途径实现的：最大限度地减少从蒸发系统到环境中的能量损失，扩大从环境中输入的能量以加强蒸发过程，以及减少蒸发焓，从而使汽化过程更有效率。该团队的评论系统地总结了这些提高实际太阳能蒸发性能的途径。"研究结论清楚地表明，通过应用具有高效光热转换的材料或具有智能能源管理策略的先进蒸发器的结构设计，可以显著提高蒸发率，"深圳科技大学的教授李玉说。南澳大利亚大学教授徐浩岚说："实现高效太阳能蒸发的主要原则包括避免能量从蒸发系统流失到环境中，扩大来自周围空气和散水的能量输入，充分利用蒸发系统中已有的能量，以及降低蒸发焓。"该团队提出了在推动下一代ISE系统走向实际应用时需要考虑的五项建议：第一个建议是为ISE引入新的能源。由于太阳光强度变化很大，探索新的能源对全天、全天候和全季节的ISE系统很重要。第二个建议是不断探索新型光热材料。研究小组建议，光热材料的下一阶段的发展需要关注在宏观和微观纳米尺度上最大限度地利用热能。第三条建议是探索光热蒸发器的创新设计。这些下一代蒸发器应最大限度地收集能量和蒸发水，同时改善水的流动，以确保供水和蒸发的平衡。第四项建议是在有限的空间内提高产水量。在ISE系统中，水的蒸发和收集是两个主要部分。尽管研究人员已经实现了非常高的太阳能蒸发率，但高效的水收集很少被报道。下一代ISE系统需要有一个优秀的水蒸发模块和一个适合紧凑空间的高效蒸汽冷凝模块。该团队的第五项建议侧重于开发大规模ISE系统的重要性，以用于实际应用，如海水淡化和废水处理。他们建议将小型蒸发器作为单元生产，并组装成一个更大的相互连接的系统。展望未来，该团队认为ISE技术有可能为解决淡水匮乏问题提供实际应用。"在当前全球清洁水短缺和倡导低碳排放技术的背景下，ISE现在被认为是解决全球清洁水短缺问题的最有希望的技术之一。然而，推进ISE技术的实际应用还有很长的路要走，"清华大学教授张盈盈说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356911.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356911.htm

科学家设计近海水蒸气捕捉装置 以从海洋空气中采集城市饮用水

科学家设计近海水蒸气捕捉装置以从海洋空气中采集城市饮用水水资源匮乏是一个持续存在的问题，随着气候变化使干旱地区变得更加干燥，这个问题预计只会越来越严重。海洋拥有地球上所有水的96%，是一个巨大的潜在水库，但由于其产生的有毒废水，海水淡化是一个棘手的前景，难以扩大规模。但是自然界已经有了一个相当有效的海水淡化系统--太阳不断地加热海洋表面，将水蒸发出来，当然，这些水会继续变成雨水。在一项新的研究中，UIUC团队设计了一种可能利用这一资源的方法。该团队建议，可以在离岸几公里的地方建立一种水蒸气收集与提取结构，从海洋表面上方捕获富含水蒸气的空气。然后，这些空气可以通过管道回到陆地，并在另一个装置中凝结。然后，这些淡水可以被用于饮用、农业或其他任何地区需要的用途。据科学家们说，整个系统可以由海上风电场和陆地上的太阳能电池板提供动力。研究人员评估了全球14个城市，包括阿布扎比、罗马、洛杉矶和巴塞罗那，分析了根据这些地方的离岸大气层可以提取多少水的可行性。这将涉及建立高100米（328英尺）、宽210米（690英尺）的水蒸气提取结构。根据他们的模型，科学家们发现这些设备每年可以产生376亿到783亿升的水，这取决于特定地点的条件。然后，研究小组根据每人每天300升水的假设用量，计算出需要多少个结构才能为每个城市的人口提供足够的水。由此可见，少则两个、多则10个单元就能为一个城市提供足够的水。该团队说，这个解决方案相当优雅，因为它基本上像自然界的水循环一样工作，区别在于水汽被引导到所需要的地方。虽然许多建议的饮用水源可能会随着气候变化的发展而变得不那么可行，但这一方案却可以做到表现稳定。该研究的共同作者AfeefaRahman说："气候预测显示，海洋水汽通量只会随着时间的推移而增加，提供更多的淡水供应。因此，我们所提出的想法在气候变化下将是可行的。这为适应气候变化提供了一个急需的有效方法，特别是对生活在世界干旱和半干旱地区的弱势人群而言。"当然，这个想法仍然是疯狂的假设，但这是一个需要考虑的重要领域，进一步的研究可以进一步探索其可行性。该研究发表在《科学报告》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336607.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336607.htm

新太空服可将尿液转化为纯净饮用水

新太空服可将尿液转化为纯净饮用水美国康奈尔大学威尔医学院研究人员推出了一个用于航天服的新型尿液收集和过滤系统原型。相关论文发表在12日出版的《空间技术前沿》杂志上。研究人员表示，新的服装原型专为即将到来的月球和火星任务而设计。它包括一个基于真空的外部导管，通向组合的正向反渗透单元，可通过多种安全机制提供持续供应的饮用水，能确保宇航员健康。研究人员设计了一种尿液收集装置。收集到的尿液被转移到尿液过滤系统。该系统采用两步集成正反向渗透过滤技术，可以87%的效率回收水分。该系统利用浓度梯度从尿液中去除水分，再用泵将水和盐分分离。净化后的水富含电解质，并被泵入航天服内的饮料袋中，可再次供饮用。收集和净化500毫升尿液仅需5分钟。目前，新服装原型已经完成开发，并准备在模拟条件下进行测试。——

德克萨斯大学研究人员发明将夏季热空气转化为饮用水的新装置

德克萨斯大学研究人员发明将夏季热空气转化为饮用水的新装置德克萨斯大学的研究人员创造了一种水凝胶，它能利用阳光从空气中产生可饮用的水。这项技术可制成高效的微凝胶，有望为全球水资源短缺问题提供一种经济、便携的解决方案。上图为利用凝胶收集的水样。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校利用太阳能制水研究人员能够在低至40摄氏度的条件下，利用太阳能从大气中提取水并使其成为可饮用水，这与得克萨斯州和世界其他地区的夏季天气相吻合。这意味着，有朝一日，热量过高、清洁水源极少的地方的人们只需在室外放置一个装置，它就能为他们制水，而无需付出额外的努力。"有了我们的新型水凝胶，我们就不只是凭空取水了。我们做得非常快，而且不消耗太多能量，"科克雷尔工程学院沃克机械工程系和德克萨斯材料研究所的材料科学与工程教授GuihuaYu说。"我们的水凝胶真正吸引人的地方在于它是如何释放水的。想想炎热的德克萨斯州的夏天--我们可以利用气温的自然起伏，不需要开加热器。"从空气中生成水的原型设备。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校根据湿度条件，该装置每公斤凝胶材料可产生3.5至7公斤水。这项研究的一个重要特点是，水凝胶可适应被称为"微凝胶"的微颗粒。这些微凝胶可以提高速度和效率，使这种设备更接近现实。通过将水凝胶转化为微小颗粒，可以实现超快的水捕捉和释放。这提供了一种新型、高效的吸附剂，通过每天多次循环，可以显著提高产水量。研究人员正在对该技术进行更多改进，以期将其转化为商业产品。其中一个重点领域是优化微凝胶的工程设计，以进一步提高效率。扩大规模是下一步的重要工作。研究人员的目标是将他们的研究成果转化为切实可行、可扩展的解决方案，在全球范围内作为一种低成本、便携式的清洁饮用水制造方法使用。这可能会改变埃塞俄比亚等国家的民众的生活，因为这些区域有近60%的人口无法获得基本的清洁饮用水。实验室的研究生赵雅萱说："我们开发这种设备的最终目的是让全世界需要快速、持续获得清洁饮用水的人都能用上，尤其是在那些干旱地区。"该团队正在研究用有机材料制成的其他版本的设备，这将降低大规模生产的成本。在向更具商业可行性的设计过渡的过程中，也面临着扩大吸湿剂生产规模和保持产品寿命耐用性的挑战。研究的重点还包括如何使设备便于携带，适用于各种应用场景。本项目由韦尔奇基金会诺曼-哈克曼化学研究奖（NormanHackermanAwardinChemicalResearch）和卡米尔-德雷福斯教师学者奖（CamilleDreyfusTeacher-ScholarAward）资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390123.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390123.htm