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機械工程師對基于電池的海水淡化技術提供了新的見解
發(fā)布日期： 2023-06-08 11:10:36 來源： 萬能網(wǎng)


(資料圖片僅供參考)

為了在一項新研究中實現(xiàn)更有效的海水淡化，機械工程師專注于流體運動而不是新材料。通過在由普魯士藍制成的類似電池的電極內(nèi)部添加微通道——一種常用于藝術的強烈藍色顏料，還具有特殊的化學性質(zhì)——研究人員將海水淡化程度提高了五倍，達到了鹽度水平低于淡水閾值。

這項由伊利諾伊大學香檳分校機械工程和科學教授凱爾史密斯和研究生VuDo領導的研究使用了普魯士藍的化學類似物。這些發(fā)現(xiàn)有望應用于海水淡化、能量轉換和儲存、CO2轉換和捕獲、環(huán)境修復以及資源和養(yǎng)分回收。

該研究發(fā)表在《能源與環(huán)境科學》雜志上。

“在之前的工作中，我們預測可以使用這種方法進行海水淡化，但沒有人在實驗室驗證過海水淡化，”史密斯說。“在此期間，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，普魯士藍模擬材料通過在顏料的晶體結構中抓住帶正電的離子(如鈉)來發(fā)揮作用。然而，它可能會變成有點像陷阱的結構，離子很容易進入，但會被困在電極內(nèi)部帶電的分子級微小孔隙空間的迷宮中。該團隊發(fā)現(xiàn)，他們需要使用專門的設備在流通池內(nèi)執(zhí)行復雜的閥門切換和電流同步，以保持連續(xù)脫鹽，否則系統(tǒng)的效率就會受到影響。

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

研究人員說，用于這項研究的裝置可以在數(shù)小時內(nèi)以毫升的速度淡化實驗室制備的海水，因此該團隊的下一步是擴大規(guī)模。

“用于資助這項研究的海軍贈款的目標是每小時淡化兩到四加侖的海水——使用柴油作為動力源——提供一種便攜式設備，為小型遠征部隊的供水，”史密斯說?！爱斎?，我們小組對這些類似電池的設備的更廣泛應用感興趣，但擴大規(guī)模將是實現(xiàn)這一目標的重要一步。”

“這項研究的一個顯著方面是我們提供的機械工程優(yōu)勢，”Do說?！霸谘芯拷?，人們非常重視材料及其化學性質(zhì)。但我們已經(jīng)表明，當您適當?shù)卣喜牧蠒r，系統(tǒng)的流體力學對于充分利用優(yōu)質(zhì)材料非常重要。”

Smith研究小組成員IrwinLoud和ErikReale也為這項研究做出了貢獻。

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