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(資料圖片僅供參考)

為了在一項(xiàng)新研究中實(shí)現(xiàn)更有效的海水淡化，機(jī)械工程師專注于流體運(yùn)動(dòng)而不是新材料。通過(guò)在由普魯士藍(lán)制成的類似電池的電極內(nèi)部添加微通道——一種常用于藝術(shù)的強(qiáng)烈藍(lán)色顏料，還具有特殊的化學(xué)性質(zhì)——研究人員將海水淡化程度提高了五倍，達(dá)到了鹽度水平低于淡水閾值。

這項(xiàng)由伊利諾伊大學(xué)香檳分校機(jī)械工程和科學(xué)教授凱爾史密斯和研究生VuDo領(lǐng)導(dǎo)的研究使用了普魯士藍(lán)的化學(xué)類似物。這些發(fā)現(xiàn)有望應(yīng)用于海水淡化、能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存、CO2轉(zhuǎn)換和捕獲、環(huán)境修復(fù)以及資源和養(yǎng)分回收。

該研究發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。

“在之前的工作中，我們預(yù)測(cè)可以使用這種方法進(jìn)行海水淡化，但沒(méi)有人在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證過(guò)海水淡化，”史密斯說(shuō)?！霸诖似陂g，我們了解到除了電極中使用的特定材料種類外，系統(tǒng)的配置也很重要?！?/p>

研究人員表示，普魯士藍(lán)模擬材料通過(guò)在顏料的晶體結(jié)構(gòu)中抓住帶正電的離子(如鈉)來(lái)發(fā)揮作用。然而，它可能會(huì)變成有點(diǎn)像陷阱的結(jié)構(gòu)，離子很容易進(jìn)入，但會(huì)被困在電極內(nèi)部帶電的分子級(jí)微小孔隙空間的迷宮中。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們需要使用專門的設(shè)備在流通池內(nèi)執(zhí)行復(fù)雜的閥門切換和電流同步，以保持連續(xù)脫鹽，否則系統(tǒng)的效率就會(huì)受到影響。

通過(guò)在5厘米大小的電極上雕刻多個(gè)100微米寬的通道(大約相當(dāng)于人類頭發(fā)的寬度)，研究人員可以為液體提供一條清晰的通道，而不會(huì)失去從電極中提取鹽離子的能力水，研究人員說(shuō)。

研究人員說(shuō)，用于這項(xiàng)研究的裝置可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)以毫升的速度淡化實(shí)驗(yàn)室制備的海水，因此該團(tuán)隊(duì)的下一步是擴(kuò)大規(guī)模。

“用于資助這項(xiàng)研究的海軍贈(zèng)款的目標(biāo)是每小時(shí)淡化兩到四加侖的海水——使用柴油作為動(dòng)力源——提供一種便攜式設(shè)備，為小型遠(yuǎn)征部隊(duì)的供水，”史密斯說(shuō)?！爱?dāng)然，我們小組對(duì)這些類似電池的設(shè)備的更廣泛應(yīng)用感興趣，但擴(kuò)大規(guī)模將是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要一步?！?/p>

“這項(xiàng)研究的一個(gè)顯著方面是我們提供的機(jī)械工程優(yōu)勢(shì)，”Do說(shuō)。“在研究界，人們非常重視材料及其化學(xué)性質(zhì)。但我們已經(jīng)表明，當(dāng)您適當(dāng)?shù)卣喜牧蠒r(shí)，系統(tǒng)的流體力學(xué)對(duì)于充分利用優(yōu)質(zhì)材料非常重要?！?/p>

Smith研究小組成員IrwinLoud和ErikReale也為這項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn)。