使用太阳能和纳米粒子使盐水可饮用

这种较新的直接太阳脱盐技术的缩放试验台用炭黑纳米颗粒，将多达80％的阳光能量转化为热量。早期原型的结果显示，该技术可以生产每平方米每小方太阳膜每小时的六升淡水。（照片由杰夫菲特洛/赖斯大学）

利用太阳能和纳米粒子制作盐水饮品，耶鲁和赖斯大学的研究人员开发了一个系统，可能在偏远地区或家庭环境中使用偏外网格。

称为支持纳米光源的太阳膜蒸馏（NESMD）的系统包括多孔膜，含有炭黑纳米颗粒。纳米颗粒使用阳光能量在膜的一侧加热水，其过滤出盐和其他非挥发性污染物，同时允许水蒸气通过它。

该技术来自一个支持纳米技术的水处理（纽特），是一个多机构工程研究中心。基于米饭，它包括耶鲁和其他几个大学的其他伙伴。纽特以1850万美元的批准资助，纽特成立于2015年，为数百万人提供清洁水，使美国能源生产更加可持续和成本效益。

在最广泛使用的海水淡化过程中，盐水通过膜并出现，脱盐，在另一边。被称为反渗透，该过程非常节能，但在具有非常高的盐度的水上不适用于良好。另一种常用类型的海水淡化系统涉及热过程，其中蒸发水然后冷凝。它有效，但由于所需的热量，这种方法使用大量能量。热处理通常位于靠近电源或化学设备，作为热源提供蒸汽。

还有膜蒸馏，其使用热和膜。它能够使用低级或余热蒸馏水。然而，它仍然需要外部热源，这意味着它需要连接到某种形式的能量基础设施。

然而，利用NESMD系统，热源是膜本身。纳米颗粒，嵌入膜的一侧使用阳光加热水并驱动脱盐过程。

“而不是在进入模块之前加热水，而是将其加热在膜表面本身上，”Akshay Deshmukh，Ph.D。 Menachem Infelech的实验室中的学生，Yale的罗伯托C. Goizueta化学与环境工程教授。“这是一个重要的优势，是它可以在任何地方使用，因为它取决于阳光。”

该技术仍处于早期阶段，因此研究人员仍在考虑广泛的应用。该系统的潜在用途包括治疗通过压裂和页岩油和气体提取操作产生的水，以及在较少发达地区的家庭中使用的水。

“光热加热能力在水净化膜中进行直接，太阳能驱动的海水淡化在水净化方面开启了新的机会，”新研究和纽特的膜流程的主要研究人员共同作者雷泽尔说。

Nesmd的生物医学工程，化学，物理学和天文学教授的纳米哈拉斯（纳米哈拉）表示，NESMD也与传统膜蒸馏不同，因为它有利于提高效率。

“它需要最小的泵送能量，以获得最佳的馏分转换，并且我们可以进一步优化这项技术以使其更加富有成效和效率，”她说。

出版物：Pratiksha D. Dongare等人，“纳米光电学的太阳能膜蒸馏除盖水净化，”2018年PNAS; DOI：10.1073 / PNAS.1701835114