氧化石墨烯材料成功解決海水淡化難題

2020-11-26 中國水網

海水脫鹽一直被用於製備淡水，但長期以來，這一方法效率低、成本高。南京大學的科學家運用氧化石墨烯材料，成功解決了這一難題。

儘管海水熱脫鹽的成本尚未可知，但通過這種方法能夠去除海水雜質，從而從海洋中得到源源不斷的淡水。用這一方法生產每兆升淡水需要大約80千瓦時的能量，能量消耗巨大，只適用於石油豐富而淡水稀缺的海灣地區。

解決這一問題的途徑之一就是太陽能電池熱脫鹽法，這一方法在偏遠地區和發展中國家也同樣適用。但這一方法同樣存在較多缺陷：生產的淡水量太少；由於缺少光學集中器而不能集中熱量。這二者均制約著這一方法的大面積應用。

近期南京大學的科研人員發明了一種氧化石墨烯太陽能電池，這種電池可以在沒有光學集中器的情況下做到熱量集中。這一發明無疑為偏遠地區和發展中國家提供了一種低成本、便攜的熱脫鹽淨化水技術。

南京大學研究人員Jia Zhu在一封給IEEE綜覽的電子郵件中這樣寫道：「這種不需要外加熱集中器的高太陽能淨化水效率的技術可謂史無前例。另外，這一技術靈活性高、成本低、可以大面積應用。」

先前所有的熱脫鹽技術都面臨同樣的兩難境地：一方面我們需要太陽能吸收器與水直接接觸以提高能量傳導效率，另一方面這種直接接觸又會導致熱量散失嚴重，不得不使用大型熱集中裝置。

在《美國國家科學院刊》（PNAS）上發表的論文顯示，南京大學的研究人員已經克服了這一缺陷。他們通過氧化石墨烯太陽能吸收器與水大面積接觸，用聚苯乙烯泡沫而非熱集中器進行水和太陽能吸收器的分離。熱集中器外側纏繞有二維管狀纖維素，其底部與水連接，頂部與太陽能吸收器連接。通過毛細作用，水在二維管道中間傳輸，並在吸收器上接收熱量，這樣就不會把能量傳遞給剩下的水，從而造成能量散失。

這一切的優點都要歸因於作為吸收器的氧化石墨烯。如果不是氧化石墨烯獨特的吸收性能，這種用於循環水的二維管道都不能發揮作用。

Zhu說：「首先，這是一個傑出的太陽能吸收裝置。它垂直於材料表面方向的導熱係數低；它空隙豐富，可用作水蒸發的通道；它可摺疊、成本低。」

儘管氧化石墨烯熱脫鹽技術好處多多，Zhu也不得不承認，這一系統還需要在真實的實踐中不斷驗證其能力。

但研究人員也對這一研究成果抱著巨大的希望。Zhu說：「我們的目標是製備便攜水溶液裝置，便於運用到世界各地。不僅如此，我們也在研發可以利用這一技術的其他裝備。」


編輯：李姝樂

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