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电力驱动的水净化方法可扩展到咸水
2022年09月11日    阅读量:274     新闻来源:深圳资讯网    |  投稿

在执行无法获得清洁水的任务时,美国海军陆战队面临着获取和储存足够饮用水的挑战。宾夕法尼亚州立大学化学工程副教授克里斯·阿吉斯(Chris Arges)领导的宾夕法尼亚州立大学研究人员正在致力于一种便携式、轻量化和易于操作的现实净化方案。

他和联合首席研究员、宾夕法尼亚州土木与环境工程副教授克里斯托弗·戈尔斯基(Christopher Gorski)寻求推进一种称为膜电容去离子(MCDI)的水净化方法。

阿吉斯说:“尽管全球大部分海水淡化都在集中生产设施中使用了一种称为反渗透的工艺,但它不适用于军事团队,因为它需要高压管道和硬件,而且很难在现场操作。”。“另一方面,MCDI是高效、移动和节能的。”

在电池或太阳能电力的刺激下,MCDI利用离子交换膜和多孔电极从水中分离离子,如钠和氯。根据Arges的说法,该方法对地下水或微咸水有效,但不能充分净化更高浓度的水源,如海水。

“电能触发钠离子穿过阳离子交换膜迁移到带负电荷的电极,而氯离子穿过阴离子交换膜迁移至带正电荷的电极。这一过程被称为电吸附原理,”Arges说。从液体中捕获离子可以得到去离子的饮用水

随着越来越多的水在MCDI单元中被处理,电极被盐饱和,使得它们无法从水中去除同样多的盐。Arges说,在这一点上,电极可以通过减慢水流和翻转电池的极性来再生。

阿吉斯说:“这个过程中的这一步浪费了一些水,但它也产生了电能,可以回收并用于下一个脱盐循环,以降低整体能源负担。”。“这使MDCI保持节能。”

为了改善MDCI对更集中水源的影响,Arges和他的团队将重新设计MCDI中使用的电化学电池模块。利用宾夕法尼亚州材料研究所纳米制造实验室的工具,研究人员将在膜表面以互锁模式制造微孔。这增加了膜和电极之间的界面面积,改善了接触并减少了钠离子和氯离子穿过膜-电极界面所需的距离。

此外,阱使电极材料能够存储更多的钠离子和氯离子。这允许用户在诉诸再生之前净化水更长时间。如果成功,改进的MCDI装置不仅可以净化地下水和微咸水,还可以净化海水,Arges说。

在之前的研究中,Arges和他的团队成功地使用了类似的膜模式,在双极膜中从水中分离氢离子和氢氧离子,从而在电解池中制造氧气和氢气。

“我们相信界面面积的增加将降低离子传输阻力,从而产生更清洁的水,”Arges说。

标签:行业资讯汽车及配件工程机械新能源汽车 配件与设备 医用机器人
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