环球观天下！化学家表示清洁水的未来是电气化的

地球表面三分之二的面积都被这些物质淹没，但数十亿 人 却无法获得水，特别是清洁且可饮用的水。

(资料图片)

贝克曼高级科学技术研究所的研究人员开发了一种新的净化系统，使用电气化透析来从饮用水中分离盐和其他不必要的颗粒。该方法已成功应用于废水处理，并计划扩展到河流和海洋，与同类方法相比，节省资金并减少 90% 的能源消耗。

该研究发表在 ACS Energy Letters上。

如果从水中去除盐分就像在太平洋上空挥动一块巨大的磁铁或通过超细筛子筛分液体一样简单就好了。一旦这种狡猾的矿物溶解，分离过程(科学界称为海水淡化)就会变得更加昂贵并且消耗更多的能源。

海水淡化因杂质和有机物(一勺未经过滤的海水中悬浮的小颗粒)而变得更加复杂，去除这些物质会刺激能源和成本预算的膨胀。

“我们需要一种低能耗、廉价且对最需要的社区有用的饮用水净化方法。我将我们的解决方案视为解决能源和水危机的平台。” 贝克曼研究员、诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学与生物分子工程助理教授苏晓说道。

脱盐水通常需要过滤或蒸发来分离出不需要的元素，如钠、氯化物、有机物和各种原子偷渡者。例如，加热就可以很好地发挥这一作用——一个简单的厨房实验表明，沸腾的盐水会导致液体蒸发，而盐会以固体的咸味外壳形式存在。

苏和他的同事采取了不同的方法：电渗析。就像血液透析一样，血液透析可以清除静脉中的盐分和其他毒素，电渗析可以去除废水中的盐分和有机物，从而生产出清洁、可饮用的产品。

电渗析是一种有效的海水淡化工具，但通常能源成本很高。这很大程度上是由于其旗舰水分解反应，该反应将水分子分解成两种成分：带正电的质子和带负电的氢氧化物。由于盐的组成部分本身带有电荷，因此水的分裂会迫使矿物质向指定方向移动，就像飞蛾到带相反电荷的火焰或金属碎片到磁铁一样。

不过，电渗析使用带电离子交换膜代替磁铁，之所以如此命名是因为只有离子(带正电或负电的原子)才能通过。离子交换膜是电渗析中最昂贵的组件之一，因为它们需要勤奋维护和频繁更换。

苏和他的同事试图净化水，而无需电渗析的能源消耗或离子交换膜的经济压力。因此，他们从两个主要方面修改了传统方法。

为了节省能源，研究人员利用一种称为氧化还原反应的化学现象简化了盐分离过程。氧化还原这个词是还原(在化学中，描述添加电子以产生负电荷)和氧化(这意味着减去电子以产生正电荷)这两个词的合成词。从物理上讲，触发氧化还原反应就像在过滤和净化废水之前向废水中添加特殊的聚合物材料。

从化学角度来看，其结果具有变革性。氧化还原反应不是将水分子分裂成带正电荷和负电荷的切片来诱出盐，而是一举改变整个水分子的电荷，实现相同程度的盐分离，并且比传统水节省约 90% 的能量。分裂。

关键词：