紫外線有望實現節能海水淡化

加州大學河濱分校的一組研究人員發現了太陽能海水淡化的潛在突破，可以減少對能源密集型海水淨化的需求。

由加州大學河濱分校馬蘭和迷迭香伯恩斯工程學院機械工程助理教授 Luat Vuong 領導的團隊首次證明了最高頻率的陽光，尤其是不可見的紫外線 (UV) 可以如何破壞鹽和水之間的牢固結合。

“據我們所知，目前還沒有人開發出這種用於鹽水分離的深紫外線通道，”Vuong 說。 “波長為 300-400 納米的紫外線用於消毒，但這種波長約為 200 納米的深紫外線通道卻鮮為人知。我們可能是第一個真正考慮如何將其用於海水淡化的人。”

雖然在開發實際應用之前還有很多工作要做，但這一發現為進一步的研究和創新提供了明確的道路。

發表於 ACS 應用材料和接口, 學習 Vuong 和她的同事詳細介紹了該團隊如何用氮化鋁（一種堅硬的白色陶瓷）製作燈芯，利用特定波長的光與鹽水相互作用，而不加熱液體體積，從而將鹽從水中分離出來。

與傳統的太陽能海水淡化方法不同的是，傳統的太陽能淡化方法使用深色材料吸收熱量並煮沸水，Vuong 的方法可以完全繞過熱過程的需要。

實驗涉及將成對的陶瓷吸芯放置在封閉的室中，使每個吸芯能夠平衡或適應相似的環境條件。當暴露於紫外線下時，與儲存在黑暗中或暴露於紅光、黃光或紅外光下的對照相比，鹽水蒸發速率顯著增加。

“由於其晶體結構，氮化鋁非常適合發射紫外線，”Vuong 解釋道。

該材料可以觸發一種稱為“光子轉換”的過程，其中低能光子被組合成單個高能光子。這種上轉換的光子會產生更強大的衝擊，其強度可能足以打破鹽水的鍵。

如果這種上轉換過程不會產生多餘的熱量（這一點仍有待確定），那麼這種方法可以為傳統的太陽能海水淡化系統提供一種非光熱替代方案，傳統的太陽能海水淡化系統將鹽水沸騰或加熱以產生蒸汽，然後將其冷凝成淡水。

這種太陽能係統還可以減少反滲透系統的高功率需求，反滲透系統使用高壓泵迫使鹽水通過膜。該系統還可以幫助管理濃縮的反滲透鹽水廢物，這些廢物排入水道時對海洋生物有毒。

吸液方法的其他潛在應用可能是其他廢物管理過程、極端環境中礦物質的收集，或用鹽水蒸發系統替換“沼澤”冷卻器。

不過，Vuong 強調，在開發出廣泛使用的氮化鋁太陽能海水淡化系統之前，還需要進一步研究。

“其他材料也可以同樣有效，但氮化鋁很實用。它價格便宜、用途廣泛、無毒、高度親水且耐用，”Vuong 說。

展望未來，Vuong 的團隊正在開發系統架構、製造工藝和光譜儀器，以更好地理解和改進光致蒸發。