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科学家推出杯型太阳能蒸馏器,除了淡化海水更可用在卤水处理

发布于2019-04-15 12:55:17,科学家推出杯型太阳能蒸馏器,除了淡化海水更可用在卤水处理,Kotoo科技新闻网(http://www.kotoo.com)
 

科学家推出杯型太阳能蒸馏器,除了淡化海水更可用在卤水处理

海水淡化是近海沙漠国家重要的饮用水来源,但目前海水淡化工程大多离不开化石燃料,也会产生大量卤水,其实并不怎么环保。对此,沙特阿拉伯阿布都拉国王科技大学(KAUST)已推出新型太阳能蒸馏器,除了提高吸光效率跟寿命,也能可回收近 100% 海水淡化副产品,对高盐分工业废水、卤水处理也大有帮助。

这并非 KAUST 第一个太阳能海水淡化研究,该大学在 2018 年也推出新一代绿色海水蒸馏技术,研究团队在光热材料上添入折纸艺术元素,使传统的 2D 光热设备晋升为 3D 形式,进一步提高吸热层表面积,有效提高 50% 蒸发率。

而该团队此次则带来另一项研究:他们想要解决海水快速蒸发后、大量累积的盐结晶问题。其中海水淡化技术分为逆渗透与蒸馏方式,逆渗透是利用压力与逆渗透膜来分离水与盐,虽然效率高,但会产生高盐度海水卤水;蒸馏则是透过加热海水,盐分与水蒸气分离后,将水蒸气冷凝收集成为淡水。

随着科技日新月异,海水淡化蒸馏法已经不再需要透过“煮海取盐”类似的方法,改用光热设备来达成,然而在光热材料加热过程中,液体会快速蒸发,与此同时容器中溶液的盐分浓度也会不断攀升,这时候光热材料可能就会被盐结晶堵住,阻碍光热材料的光吸收、降低蒸馏速度。

为了解决这一大问题,KAUST 首先想观察“海水蒸发过程”,进而理解盐结晶是如何形成的。他们透过二氧化硅跟碳为主的太阳能海水淡化薄膜进行测试,发现随着水分蒸发、盐分浓度到达一定程度后,薄膜外围会逐渐累积盐结晶,并渐渐由外往内蔓延至内部,最后在正中心止步。

该团队也指出,不管溶液的盐分浓度如何,盐结晶就是不会出现在中央区域,KAUST 海水淡化与再利用中心科学家 Peng Wang 表示,团队认为,若要提高太阳能蒸馏性能,改变结构设计应该是关键钥匙。

▲ 杯型设计的转换状况。最右侧为 120 小时后的情形,每张图间格为 24 小时。(Source:KAUST)

研究团队在进一步电脑模型实验中,开始推测不同浓度条件下盐壳环的内径,并根据无盐区域研发出一个带有圆形底部的 3D 杯子设计,希望能诱导盐分在杯子边缘结成结晶。实验结果也符合 KAUST 科学家的期待,在最佳化杯子高度与底部弧度后,新型设备已经不太容易被结晶堵住了,可回收近 100% 盐分,且即使运作多天也不太需要维护。

(Source:Environmental Science & Technology)

目前团队也已打造出 3D 杯型太阳能蒸馏器,能有效分离吸光表面跟盐分沉积区域,性能也大幅超越过去的 2D 薄膜,一来它可以在 25wt% 高盐分浓度下运作(=100 克盐水中盐分含量为 25 克),运作 120 小时效率也无明显衰退,除了应用在太阳能海水淡化技术,也对高盐分废水、卤水处理大有裨益。

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(首图来源:Flickr/Jennifer C. CC BY 2.0)

延伸阅读:

  • 海水淡化添入折纸元素,太阳能蒸馏蒸发率提高 50%

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