新的海水淡化方法提供低能量替代凈化咸水

為有需要的人提供更安全的飲用水可能會更容易一些。根據(jù)賓夕法尼亞州立大學的研究人員的說法，一種新的海水淡化技術能夠使用比以前的方法更少的能量從水中去除鹽分。

“全球范圍內，有新鮮的機會減少水，”布魯斯·洛根，埃文皮尤教授在工程和斯坦和環(huán)境工程的植物KAPPE教授說。“由于鹽或其他污染物的原因，使用的水越來越多，因此我們越來越需要依賴不太理想的水源。”

為了解決這個問題，Logan及其同事，環(huán)境工程助理教授Christopher Gorski和環(huán)境工程博士后學者Taeyoung Kim提出了一種稱為電池電極去離子(BDI)的脫鹽方法。BDI通過消除再生階段和降低完成工藝所需的電壓來改進標準電容去離子(CDI)技術。

標準的CDI技術通過分離水的離子來淡化水。典型的CDI電池由連接在流動通道相對側的兩個電極組成。電極捕獲鹽離子通過電流交換，當電流施加到電池時發(fā)生。然后通過交替施加的電流的方向在第二循環(huán)中釋放鹽離子來再生??細胞。由于CDI不需要膜并且比其他常用方法具有更低的能量需求，因此它正成為從水中去除鹽的競爭技術。CDI系統(tǒng)的問題在于，當使用通常施加的1.2伏特時，它們受到低鹽吸附的限制。增加施加的電壓確實改善了鹽吸附，但它也增加了意外副反應的可能性，這會浪費能量并且可能產生永久性電極腐蝕。

在團隊新開發(fā)的BDI系統(tǒng)中，定制的流通池使用兩個通道。通道由隔膜隔開，兩個相同的電池電極固定在每一端。

為了測試電池的有效性，該團隊以指定的流速向每個通道供給咸溶液，同時向電池施加恒定的電流。根據(jù)膜堆的數(shù)量，使用幾種電流密度。然后研究人員在電池電壓達到-0.6伏或+0.6伏的高電壓時逆轉電池電壓。

該團隊發(fā)現(xiàn)BDI系統(tǒng)有效地將鹽除去了與CDI一致的水平，同時僅使用0.6伏的施加電壓。此外，所需的低電壓和所用材料有助于防止不必要的副反應，實現(xiàn)更高的脫鹽能力并消耗比傳統(tǒng)CDI更少的能量。

由于該團隊在兩個渠道同時生產淡化和濃縮水，因此也避開了雙循環(huán)方法，因此系統(tǒng)不再需要經歷再生階段。此外，他們發(fā)現(xiàn)在電極之間堆疊額外的膜可進一步降低能耗。

“其他人已經談到從第二輪CDI循環(huán)中獲取能量，但這真的很難做到，因此，這是不切實際的，”洛根說。“我們的系統(tǒng)通過交替施加電流的方向來切換捕獲的流量，從而避免了第二次再生步驟。這使得它非常容易操作，并且使用的能量非常少。”

雖然目前的配置不適合淡化海水等極咸水，但結果表明BDI技術可以作為咸水或微咸水(如地下水)的低能量方法，或者用于淡化海水之前的淡化水。進入處理廠。

“沒有任何東西固有地阻止其與海水一起使用，只是因為水變得更咸和更咸，我們必須應對其他問題，例如增加的能量消耗和膜污染，這可能會降低其相對于其他的效用方法，“洛根說。

研究人員現(xiàn)在計劃著手擴大和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

“這是一項創(chuàng)新技術，”洛根說。“這不是那里的東西并且已經商業(yè)化了。這種方法正處于將鹽從水中取出的新方法的最前沿。”