科學(xué)家們制作了新的食譜 用于從海水中取出鹽

隨著人口的繁榮和長期的干旱持續(xù)，南加州的卡爾斯巴德等沿海城市越來越多地轉(zhuǎn)向海水淡化，以補充日益減少的淡水供應(yīng)?，F(xiàn)在，能源部勞倫斯伯克利實驗室(伯克利實驗室)的科學(xué)家正在研究如何使海水淡化成本降低，這些科學(xué)家們制定了有希望的設(shè)計規(guī)則，用于制造所謂的“熱響應(yīng)”離子液體以將水與鹽分離。

離子液體是一種與水結(jié)合的液體鹽，使其可用于正向滲透，從而將污染物與水分離。(參見伯克利實驗室Q&A，“海水淡化前進(jìn)”)更好的是熱響應(yīng)離子液體，因為它們使用熱能而不是電能，這是傳統(tǒng)反滲透(RO)海水淡化分離所需的。伯克利實驗室最近發(fā)表在Nature Communications Chemistry雜志上的研究，研究了幾種離子液體/水的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以確定哪種“配方”效果最好。

“目前最先進(jìn)的反滲透海水淡化工作非常順利，但由電力驅(qū)動的反滲透海水淡化成本令人望而卻步，”該研究的共同作者羅伯特科斯特基說。“我們的研究表明，使用低成本的”自由“熱量 - 例如地?zé)峄蛱柲軣峄驒C器產(chǎn)生的工業(yè)廢熱 - 與熱響應(yīng)離子液體相結(jié)合，可以抵消當(dāng)前RO海水淡化技術(shù)的大部分成本完全依靠電力。“

Koskecki是伯克利實驗室能源技術(shù)領(lǐng)域能量存儲和分布式資源(ESDR)部門的副主任，與伯克利實驗室分子鑄造廠的科學(xué)家兼科學(xué)家Jeff Urban合作，研究離子液體在水中的行為。分子水平。

使用由ESDR部門的研究人員提供的核磁共振光譜和動態(tài)光散射，以及分子鑄造廠的分子動力學(xué)模擬技術(shù)，該團(tuán)隊取得了意想不到的發(fā)現(xiàn)。

伯克利實驗室的科學(xué)家們正在研究如何使海水淡化成本降低，這使得制造所謂的“熱響應(yīng)”離子液體以將水與鹽分離的有前景的設(shè)計規(guī)則受到了影響。圖片來源：伯克利實驗室

Urban長期以來一直認(rèn)為，有效的離子液體分離依賴于有機成分(離子液體中既沒有帶正電或帶負(fù)電的部分)與帶正電離子的總比例。但伯克利實驗室團(tuán)隊了解到，離子液體與海水分離的水分子數(shù)量取決于其有機成分與帶正電離子的接近程度。

“這個結(jié)果完全出乎意料，”Urban說。“有了它，我們現(xiàn)在有了設(shè)計規(guī)則，離子液體中的原子在海水淡化中正在努力工作。”

20世紀(jì)50年代最初在加州大學(xué)洛杉磯分校開發(fā)的基于膜的反滲透技術(shù)正在復(fù)蘇 - 目前加利福尼亞州有11座海水淡化廠，并且已有更多的海水淡化工廠被提出。伯克利實驗室的科學(xué)家通過水能恢復(fù)研究所，正在尋求一系列技術(shù)來提高水系統(tǒng)的可靠性，包括海水淡化等先進(jìn)的水處理技術(shù)。

因為正向滲透使用熱而不是電，所以熱能可以通過可再生資源提供，例如地?zé)岷吞柲芑蚬I(yè)低等級熱量。

“我們的研究是降低海水淡化成本的重要一步，”Kostecki補充道。“這也是實驗室系統(tǒng)可行的一個很好的例子，基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)之間的跨學(xué)科合作可以為有益于后代的難題帶來創(chuàng)造性的解決方案。”

加州大學(xué)伯克利分校和愛達(dá)荷實驗室的研究人員也參與了這項研究。Molecular Foundry是能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室，專門研究納米科學(xué)。這項工作得到了能源部能源效率和可再生能源辦公室的支持。