殊的机械性能、
光学性能和电子性能受到关注, 并已
经在催化、
电子等方面得到了应用。几年后, 美国国
立卫生研究院的格哈德・胡默等人创建了一个计算
机模型, 模拟碳纳米管中液体的流动情况, 结果意
外发现水分子能够顺利通过碳纳米管道, 而离子无
法通过。2006 年, 美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室
的奥基卡・巴卡金等人利用直径为 1. 6 nm 的碳纳
米管构建了碳纳米管阵列, 然后将其嵌入陶瓷氮化
硅薄膜中。结果证明, 水能够以高速通过这些薄膜,
流速大约是通过宽直径的多孔膜速度的 100 倍
[ 2]
。
西澳大利亚大学的本・科瑞构建了直径小于 1 nm
的碳纳米管, 研究发现, 直径为0. 93 nm 的碳纳米管
道可以阻止 95% 的离子通过
[ 3]
。这样的薄膜结构与
目前传统的脱盐半透膜相比, 淡化海水的能力提高
了 5 倍, 平均每天每平方米薄膜可以淡化几万升的
海水。
这种使用碳纳米管制备得到的复合膜, 理论上
可以大大地降低海水淡化成本。目前, 本・科瑞和一
些科学家正在改造碳纳米管薄膜, 尝试将碳纳米管
阵列嵌入强性的聚合物里, 如目前在淡化海水中使
用的聚碳酸酯, 但目前为止, 碳纳米管技术还处于研
究阶段。
3. 2 正向渗透
正向渗透法, 先让水分子自然渗透( 不需要能量
供给) , 通过半透膜后进入一种盐质量浓度超过海水
的“
提取液”
, 但“
提取液”
里的特殊盐分很容易蒸发,
这样就可以很容易地得到淡水。Kravath 等研制了
救生筏应急淡水净化装置, 即以大西洋海水为原水、
葡萄糖溶液为汲取液, 分别用醋酸纤维平板膜和中
空纤维膜进行了海水正向渗透脱盐试验
[ 4]
。1992 年
邓宇以正向渗透法为原理发明了非加压吸附渗透海
水淡化法
[ 5]
。Batchelder 提出用二氧化硫溶液作为
海水淡化的提取液
[ 6]
。Glew 扩展了这一想法, 提出
使用水和另外一种气体( 如二氧化硫) 或者液体( 脂
肪醇) 的混合液作为海水淡化的提取液, Glew 还首
次提出了回收利用提取液的方案
[ 7]
。Fr ank 使用了
硫酸铝溶液, Kravath 和 Davis 利用葡萄糖溶液作为
海水淡化的提取液, Kessler 和 M oody 利用葡萄糖
和果糖的混合液作为海水淡化的提取液, Stache 采
用浓缩果糖作为提取液, 并得到了果糖营养液
[ 8-11]
。
M cG innis 提出, 利用溶质溶解质量分数随温度变化
的特性分 2 个阶段进行正向渗透, 以硝酸钾和二氧
化硫作为海水淡化的提取液
[ 12]
。M cCutcheon 等研
制出一种正向渗透装置和相应的提取液( 高可溶性
氨和二氧化碳气体) , 可以有效的淡化海水。按特定
比例将碳酸铵和氢氧化铵混合在一起形成提取液,
溶液中生成了碳酸氢铵、
碳酸铵和氨基甲铵。氨-二
氧化碳是一种可行的海水淡化方法, 盐拒绝率大于
95% , 通量高达 25 L / ( m
2
・h) 。正向渗透法海水淡
化过程中经蒸馏后剩余的液体就是淡水, 馏出物用
提取液回收再利用。在海水淡化的应用中, 只有采用
具有高渗透压的提取液, 正向渗透才能获得较高的
水回收率。目前正向渗透法海水淡化技术存在 2 个
限制条件: 缺少高性能的膜和易于分离的汲取液。
3. 3 仿生学
仿生学原理是让水分子通过蛋白质 构成的通
道, 此通道可有效地引导水分子通过活细胞, 通道中
央的正电荷和盐离子相斥, 使水、盐分离。反渗透技
术 就是一种典型的仿生学技术, 20 世纪 50 年代, 科
学家偶然发现海鸥体内有一种薄膜, 该膜非常精密,
只能透过水分子, 海鸥通过该膜能把含有杂质的高
盐分海水排出而摄取淡水, 据此科学家研发出了反
渗透膜。
目前, 仿生学也是海水淡化的热门研究方向
之一。
4 新能源海水淡技术
海水淡化与新能源技术相结合是当今的研究热
点, 如风能海水淡化, 太阳能海水淡化, 核能海水淡
化, 波浪能和潮汐能海水淡化等。据报道, 美国的核
动力航空母舰利用核能日产水量可达1 800 t。美国、
俄罗斯、
印度等都在积极研究核能海水淡化技术; 日
本正在开展八耦合核反应堆海水淡化的方法。我国
在核能海水淡化方面也有发展, 辽宁红沿河核电站
海水淡化系统就是国内首个核电海水淡化系统, 日
产水量约 1×10
4
t , 可满足红沿河核电一期工程的生
产、
生活用水需求。核电站与海水淡化系统的结合,
很好地解决了核电站的运行与海水淡化的耗能问题
5 结束语
随着我国工业化进程的加快, 以及水环境污染
的日益加剧, 水资源短缺将成为今后相当长一个时
期内需要面对的重大问题。海水淡化技术是解决水
资源短缺的重要途径和方法之一。因此, 深入开展
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期
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