新的海水淡化方法提供低能量替代凈化咸水

為有需要的人提供更安全的飲用水可能會(huì)更容易一些。根據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員的說(shuō)法，一種新的海水淡化技術(shù)能夠使用比以前的方法更少的能量從水中去除鹽分。

“全球范圍內(nèi)，有新鮮的機(jī)會(huì)減少水，”布魯斯·洛根，埃文皮尤教授在工程和斯坦和環(huán)境工程的植物KAPPE教授說(shuō)。“由于鹽或其他污染物的原因，使用的水越來(lái)越多，因此我們?cè)絹?lái)越需要依賴不太理想的水源。”

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Logan及其同事，環(huán)境工程助理教授Christopher Gorski和環(huán)境工程博士后學(xué)者Taeyoung Kim提出了一種稱為電池電極去離子(BDI)的脫鹽方法。BDI通過(guò)消除再生階段和降低完成工藝所需的電壓來(lái)改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)電容去離子(CDI)技術(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)的CDI技術(shù)通過(guò)分離水的離子來(lái)淡化水。典型的CDI電池由連接在流動(dòng)通道相對(duì)側(cè)的兩個(gè)電極組成。電極捕獲鹽離子通過(guò)電流交換，當(dāng)電流施加到電池時(shí)發(fā)生。然后通過(guò)交替施加的電流的方向在第二循環(huán)中釋放鹽離子來(lái)再生??細(xì)胞。由于CDI不需要膜并且比其他常用方法具有更低的能量需求，因此它正成為從水中去除鹽的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)。CDI系統(tǒng)的問(wèn)題在于，當(dāng)使用通常施加的1.2伏特時(shí)，它們受到低鹽吸附的限制。增加施加的電壓確實(shí)改善了鹽吸附，但它也增加了意外副反應(yīng)的可能性，這會(huì)浪費(fèi)能量并且可能產(chǎn)生永久性電極腐蝕。

在團(tuán)隊(duì)新開(kāi)發(fā)的BDI系統(tǒng)中，定制的流通池使用兩個(gè)通道。通道由隔膜隔開(kāi)，兩個(gè)相同的電池電極固定在每一端。

為了測(cè)試電池的有效性，該團(tuán)隊(duì)以指定的流速向每個(gè)通道供給咸溶液，同時(shí)向電池施加恒定的電流。根據(jù)膜堆的數(shù)量，使用幾種電流密度。然后研究人員在電池電壓達(dá)到-0.6伏或+0.6伏的高電壓時(shí)逆轉(zhuǎn)電池電壓。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)BDI系統(tǒng)有效地將鹽除去了與CDI一致的水平，同時(shí)僅使用0.6伏的施加電壓。此外，所需的低電壓和所用材料有助于防止不必要的副反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更高的脫鹽能力并消耗比傳統(tǒng)CDI更少的能量。

由于該團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)渠道同時(shí)生產(chǎn)淡化和濃縮水，因此也避開(kāi)了雙循環(huán)方法，因此系統(tǒng)不再需要經(jīng)歷再生階段。此外，他們發(fā)現(xiàn)在電極之間堆疊額外的膜可進(jìn)一步降低能耗。

“其他人已經(jīng)談到從第二輪CDI循環(huán)中獲取能量，但這真的很難做到，因此，這是不切實(shí)際的，”洛根說(shuō)。“我們的系統(tǒng)通過(guò)交替施加電流的方向來(lái)切換捕獲的流量，從而避免了第二次再生步驟。這使得它非常容易操作，并且使用的能量非常少。”

雖然目前的配置不適合淡化海水等極咸水，但結(jié)果表明BDI技術(shù)可以作為咸水或微咸水(如地下水)的低能量方法，或者用于淡化海水之前的淡化水。進(jìn)入處理廠。

“沒(méi)有任何東西固有地阻止其與海水一起使用，只是因?yàn)樗兊酶毯透?，我們必須?yīng)對(duì)其他問(wèn)題，例如增加的能量消耗和膜污染，這可能會(huì)降低其相對(duì)于其他的效用方法，“洛根說(shuō)。

研究人員現(xiàn)在計(jì)劃著手?jǐn)U大和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

“這是一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，”洛根說(shuō)。“這不是那里的東西并且已經(jīng)商業(yè)化了。這種方法正處于將鹽從水中取出的新方法的最前沿。”