海水淡化革命!低成本高效率,還會自行吸水的「奈米孔」材質誕生
美國伊利諾大學工程團隊研發出一種可有效過濾海水鹽分的材質,這種材質具有極細小的「奈米孔」,當海水穿過時,鹽分等雜質都會被擋下,不但提升海水淡化的效率,耗費的能源也更少。這項成果將對淡水資源稀少,缺乏飲用及農業水源或長期乾旱的國家有很大的幫助。
團隊使用的是一張由奈米粒子組成的二硫化鉬(Molybdenum disulphide,元素符號 MoS2)網,上面佈滿微奈米孔洞。團隊在研究過程中,發現這種材質製成的片狀薄膜過濾成效最佳,可比石墨烯(graphene)多過濾出 70% 的水。
地球上97.5%的水是鹹水,只有剩下的 2.5% 是可使用的淡水。研究團隊領導人兼伊利諾大學機械工程與工程教授納拉亞那.阿盧爾(Narayana Aluru)表示:「如果我們能找到一種低成本,高效能的海水淡化方式,將是解決水危機的一大進步。」
海水淡化並不是個新點子,如以色列、沙烏地阿拉伯等國都在使用相關的設備,但對比其他脫鹽技術所耗費的能源、系統長期運作的高昂成本,二硫化鉬薄膜讓「巨量海水淡化」的概念提升到一個新層次。
以「逆滲透」淡化法為例,將海水與清水置於一管子中,中間以允許水通過的塑膠半透膜分隔。以顯微鏡來看,和片狀的二硫化鉬網相比,逆滲透使用的薄膜是管狀的,因此不但需要施加更多壓力(並使用更多的能量)讓水通過,也更容易被雜質堵住(代表營運成本也要增加)。
伊利諾工程團隊研發的薄膜材質不只結構精巧,更大的優勢在於二硫化鉬固有的化學原理:孔洞中央的「鉬」元素吸引水,但另一面的「硫」卻會把水推開,因此在一吸一推的作用下,大大提升水通過孔洞的效率,而不用像石墨烯材質一樣刻意設計孔洞的過濾功能。
接下來研究團隊將與製造廠商合作,把研究成果實際應用在生活中,希望能盡快推廣給全球的海水淡化工廠。
快訊來源
圖片來源: Narayan Aluru Lab 截圖
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