作者:温才妃 李静 诸姮 来源:中国科学报 发布时间:2020/8/11 17:15:00
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给海水淡化一束光

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新型吸附剂工作原理

厦门大学环境与生态学院副教授区然雯与澳大利亚莫纳什大学教授王焕庭合作研发出一种新型环保吸附剂,借由光亮的调节,不仅可以快速吸附水中的盐离子从而获得淡水,还能将吸附的这些盐离子成功析出从而使得吸附剂可以循环使用。这一成果或将为未来开发低能耗的海水淡化技术提供一种新思路。8月10日,《自然·可持续发展》在线发表了这一研究成果。

咸水脱盐是解决水资源短缺问题的一种重要手段。目前的脱盐技术主要有热法脱盐、膜法脱盐和利用吸附剂脱盐等,而能耗是限制脱盐技术推广使用的关键因素。据了解,现有的吸附剂在吸附去除盐离子后,大多需要使用化学试剂或提高温度等手段实现吸附剂的循环利用,存在着二次污染或能耗较高的问题,也一定程度上限制了该方法的应用。

能不能研发出一种既高效又低能耗的吸附剂,便成为厦大区然雯团队近年来的一个研究目标。团队发现,一种名为“螺吡喃”的物质在黑暗或者紫外光照射下可转化为具有正负两性离子的状态,并在可见光照下恢复原状。更让团队成员感到振奋的是,“螺吡喃”这种在黑暗状态下呈现的正负两性离子,正好可分别作为阴离子和阳离子的吸附位点,吸附去除水中的盐。

一种新型吸附剂的“灵感”由此而生——将“螺吡喃”分子固定于铝基金属有机框架中,充分利用它“遇暗变阴阳,遇亮则复原”的奇妙特性,借助光亮的调节,完成盐离子吸附和析出的过程,从而实现咸水脱盐和循环使用的“双重目标”。

进一步的实验表明,在黑暗条件下进行“吸附”任务时,每克吸附剂可吸附2.88毫摩尔的盐离子。在光亮条件下执行“析出”任务时,吸附剂释放盐离子的时间将随光照强度不同而不同。数据显示,在夏日正午的强光下,吸附剂释放吸附的盐离子大约只需4分钟;在室内普通照明光线下,释放时间大约在2小时以内。实验还表明,该吸附剂在10个循环使用后仍然能够保持稳定的脱盐性能。

在提高脱盐效率和降低能耗方面,这款吸附剂也表现不俗。当使用目前广泛使用的反渗透膜法对2233毫克/升浓度的淡盐水进行脱盐时,淡水获得率为70%,每吨水需消耗0.38度电。对比厦大研制的这款吸附剂,使用它对同等浓度的淡盐水进行脱盐时,淡水获得率为88%,制备每吨淡水消耗0.11度电。

以膜过程和吸附技术为研究重点的区然雯团队,近年来在可持续水处理方向上进行了系列深入研究。区然雯透露,下一步,团队将在此次成果基础上,进一步研发针对性吸附盐湖和海水中锂离子或工业废水中重金属离子的吸附剂。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41893-020-0590-x

 
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