由废旧轮胎制成的低成本海水淡化装置或有助于解决全球水资源短缺问题

Josiah02 · 发表于 2024-11-1 15:37:17

“水，水，到处都是，却没有一滴可以喝。”你可能听过这句诗的变体，它出自 1798 年的诗歌《古舟子咏》，哀叹尽管海水丰富，却无法饮用。
缺乏清洁饮用水是一个全球性问题，但达尔豪斯大学研究人员开发的一种由太阳能驱动的低成本便携式海水淡化装置可以帮助发展中国家或偏远地区解决水资源短缺问题。
iScience最近发表了关于既能淡化海水又能产生热电的浮动太阳能蒸馏器的测试结果。
达尔团队的装置之所以独特，有很多因素，但其中最关键的一点是，它的设计围绕着一个比用贵金属制成的竞争装置更不起眼的部件。秘密成分：旧轮胎。
太阳能蒸馏器的想法源于耐火等离子体，该领域旨在开发热稳定和化学稳定的纳米材料，可以在恶劣条件下以特殊方式操纵光。
“难熔等离子体纳米材料非常擅长捕获光并将光转化为热量，”化学副教授兼 Killam 纪念主席 Mita Dasog 博士说，他的研究小组正在探索这项技术的潜在应用。
Dasog 博士是该论文的主要作者，其他作者包括博士后研究员 Matthew Margeson 博士（Ph.D.'24）和前本科实验室成员 Mark Atwood（BSc'23）。
作为一名博士生，Margeson 博士构思并开发了浮动蒸馏器原型，旨在克服以前的设计所面临的挑战，例如最大限度地减少热损失、防止盐分积聚以及抵御风、浪和不断变化的天气条件。
将设备放入水中后，几乎可以立即看到效果。吸水系统将海水带到设备的泡沫表面，然后被太阳能加热的等离子体材料蒸发。留下的盐分会重新凝结在设备顶部的透明塑料圆顶上，然后顺着侧面流下，收集到密封袋中。
在哈利法克斯港进行的实际测试显示，日产水量高达 3.67 升，创下了被动式浮动太阳能蒸馏器的产水量纪录。该蒸馏器可以同时对水进行脱盐、消毒和净化，每升成本不到一美分，因此具有极高的成本效益。
“最大限度地利用阳光意味着我们的等离子体太阳能蒸馏器可以在保持简单设计的同时产生大量的水，”Margeson 博士说。“在现实世界中展示蒸馏器的有效性并证明这种设备有潜力将淡水带到急需的地方，这令人兴奋。”
该设备还可以进行改造，产生少量的热电，Dasog 博士和 Margeson 博士设想这足以运行机载水质传感器。
变垃圾为宝
最常用的等离子体材料是金和银等贵金属，它们性能优异但价格昂贵。要使太阳能蒸馏器在发展中国家得到广泛使用，就需要使用地球上储量丰富的材料来制造，并且不会影响性能。
“我们不应该制造昂贵或非常复杂的设备，”达索格博士说。“它必须易于制造，使用寿命长，并且易于拆卸和移动。”
一种称为热解的过程涉及在无氧的高温下加热碳废物，产生可掺入等离子体钛碳化物的热解炭，从而有效取代昂贵的贵金属。在浮动海水淡化装置中，一层薄如纸的这种材料位于设备的泡沫表面，使其远离冷海水并有助于最大限度地集中热量。
正如另一篇最近的研究论文所详述，研究人员采集并测试了不同类型的碳废物，包括咖啡渣、龙虾壳和桦木残渣，其中轮胎橡胶的表现最佳。
由于轮胎不可生物降解，在垃圾填埋场需要数百年才能分解，且全球供应充足，因此轮胎代表着一个独特的升级再造机会。
Dasog 博士补充道：“这项研究将废旧轮胎转化为海水淡化装置的重要组成部分，与循环经济月的主题完美契合。”
应对水资源短缺
明年夏天，研究人员计划在南亚进行进一步的测试，希望该设备最终能够在世界各地推广。
达索格博士今年早些时候获得了加拿大水务峰会新兴领袖奖的提名，他表示，无论是因为战争还是气候变化，被迫从一个地方迁移到另一个地方的社区都难以获取资源，因此，一种可以从海洋中获取清洁饮用水的便携式设备可以提供生命线。
“水是生存的基本需求，所以我们希望能够帮助这样的社区，”达索格博士说。

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