太阳能可以帮助未来实现海水淡化
在人类面临的众多资源危机中，淡水危机可谓是“老大难”。五年前，由3万多名海洋科技工作者历时8年多完成的《我国近海海洋综合调查评估》显示，我国沿海11省（自治区）所辖52个沿海城市中，其中，极度缺水城市18个，严重缺水城市10个，中度缺水城市9个，轻度缺水城市9个。近90%的城市存在不同程度的缺水。这些城市面朝大海，为何如此缺水？
长期以来，淡水资源的稀缺和海水淡化成本的高昂，让我们无法克服这一困难。然而，我最近听说美国科学家正在使用普通的纳米炭黑颗粒仅利用太阳能来淡化海水。这是什么操作？
据悉，美国莱斯大学的研究人员在美国新一期杂志上报道《国家科学院学报》，这是该校纳米技术水处理中心的首次重大创新，将膜蒸馏技术与纳米光子学相结合—— a 层中添加纳米粒子的聚合物材料可以让海水淡化过滤器吸收阳光并自行加热海水，从而使海水淡化过程不需要电力。
研究人员利用市场上常见的纳米炭黑颗粒，将其与多孔聚合物相结合，开发出一层特殊材料，并将其放置在滤膜表面。这层材料可以吸收80%的阳光能量，仅通过太阳能就可以加热海水并产生水蒸气。
由于这种膜蒸馏技术不需要将海水加热至沸点，因此能耗比传统热蒸馏低。如果大规模使用，节省的成本一定是可观的。那么为什么淡水资源如此稀缺呢？海水淡化需要经过什么样的过程？传统技术是什么样的？我们来一探究竟！
淡水资源稀缺，海水淡化刻不容缓
我们常说我们的地球是一个水球，到处都是水，但是人类生存和发展的淡水却很少。全球水的97%是无法饮用、灌溉或冲刷的海水，其余3%的淡水大部分被冻结在极地和山脉的冰雪中。埋藏在地下深处和悬浮在空气中的淡水不能直接使用。因此，河流、湖泊、水库和浅层淡水中只有约0.007%可供人类使用。
全球淡水资源分布图（来源网络）
由于淡水分布不均，地球上60%的土地原本是缺水地区和根本没有水的沙漠。目前，世界上大约三分之一的人口生活在缺水的环境中。据预测，到2025年，世界三分之二的人口将生活在缺水状态。
淡水危机如此严重并不奇怪——3000年前的青铜时代，全球人口只有20到3000万，现在已经超过60亿。为了满足最低需求，一个人每天需要喝2至2.5升水。对于古代人来说，为了保证一个人的日常需要，一两担（50升）水就足够了。然而，现代城市居民每人每天没有300升水就无法维持用水。生活需要；现代农业和工业也消耗大量淡水。没有水，工业和农业就无法发展。淡水短缺问题如此紧迫，从海洋获取淡水已成为刻不容缓的任务。
海水淡化：百年梦想
海水淡化是人类数百年来追求的梦想。早在大航海时代，英国王室就曾悬赏一种经济高效的海水淡化方法。然而，目前还没有人收到这份奖励。因为到目前为止，虽然有320多种海水淡化方法，但没有一种达到奖项规定的“质优价廉”标准。
不过，“质优价廉”和“经济”也是相对而言的。使用石油作为能源，从海水中生产的淡水可能比石油更贵，但在某些情况下，它仍然是值得的。例如，在大航海时代，长途航行的船上就已经有蒸馏器可供应急使用；在船舶时代，几乎所有的远洋商船和战斗舰艇都配备了应急海水淡化设备。
此外，一些小岛屿对于国防、科学研究、资源开发等方面都非常重要。为了保证驻岛人员的生活，除了从大陆输送淡水外，还需要安装昂贵的海水淡化装置。
在石油资源丰富、经济发达的中东国家，大部分都是干旱的沙漠地区。在这样的地区，水比石油贵并不被认为是不经济的。他们花费一些石油和金钱，大规模淡化海水，供应人们的生活，浇灌树木花草，美化环境。他们认为这是值得的。
海水淡化技术的发展
自20世纪50年代以来，海水淡化作为一项实际应用技术迅速发展。已开发的二打海水淡化技术中，蒸馏、电渗析、反渗透等均已达到工业规模生产应用。
电渗析海水淡化方法是利用特殊制造的膜来实现的。
在电的作用下，海水中盐类的正离子穿过阳极膜，向阴极运行，但不能穿过阳极膜而停留；负离子穿过阳极膜并流向阳极，但不能穿过阳极膜并保留下来。坠落。这样，经过盐离子交换的管道中的海水就变成了淡水，而剩下盐离子的管道中的海水就变成了浓盐水。
电渗析海水淡化方法示意图（来源网络）
反渗透海水淡化法更是妙不可言。它使用的膜被称为“半透膜”。半透膜的作用是只允许淡水通过，不允许盐分通过。如果不施加压力，利用该膜将盐水和淡水分开，淡水会自动渗透到盐水一侧。我们通过高压泵对海水施加压力，海水中的淡水通过膜到达淡水侧，所以称为反渗透，或反渗透。
反渗透法示意图
蒸馏法的原理很简单，就是我们实验室制备蒸馏水的原理。将海水烧至沸腾，淡水蒸发成蒸汽，盐留在锅底，蒸汽凝结成蒸馏水，这就是淡水。
蒸馏法（来源网络）
这种古老的海水淡化方法消耗大量能源并产生大量水垢，难以生产大量淡水。现代多级闪蒸海水淡化使古老的蒸馏方法焕发活力。
多级闪蒸（图片来源网络）
水在常压下加热到100°C时沸腾成蒸汽。如果适当加热的海水进入真空或接近真空的蒸馏室，它会在瞬间迅速蒸发成蒸汽。利用这一原理，可以制作多级闪蒸海水淡化装置。
可见，一百年来，人们一直在寻找各种淡化海水的方法，以克服淡水资源短缺的威胁。我们新闻中提到的膜蒸馏技术与纳米光子学相结合的海水淡化方法，这是新的进展和鼓励。我希望我们能尽快找到解决办法。然而，在这个问题彻底解决之前，小编依然例行公事地倡导：节约用水，人人有责！
阳光可以帮助淡化海水。
美国莱斯大学研究人员在新一期美国《国家科学院学报》报道称，这是该校纳米技术水处理中心的首个重大创新，将膜蒸馏技术与纳米光子学相结合——一层添加了聚合物含有纳米粒子的材料可以让海水淡化滤膜吸收阳光并自行加热海水，从而淡化过程不需要电力。
1。研究人员利用市场上普通的纳米炭黑颗粒，将其与多孔聚合物相结合，开发出一层特殊材料，并将其放置在过滤膜的表面。这层材料可以吸收80%的阳光能量，仅通过太阳能就可以加热海水并产生水蒸气。
2。由于这种膜蒸馏技术不需要将海水加热至沸点，因此能耗比传统热蒸馏低。如果大规模使用，节省的成本一定是可观的。