海水淡化除了可以保護寶貴的淡水供應不受工業廢水和鹽水污染外,還在利用替代咸水水資源方面發揮著重要作用。反滲透(RO)由于能耗相對較低,是目前應用最廣泛的海水淡化技術。
然而,克服高鹽鹽水滲透壓力所需的高壓阻礙了其在關鍵工業廢水淡化中的應用,例如石油和天然氣產出的水和反滲透濃縮物以及零液體排放過程。傳統的熱海水淡化方法,如多效蒸餾(MED)和多級閃蒸(MSF),能夠淡化或濃縮超過RO鹽度極限的鹵水,然而,其需要廣泛的基礎設施和高昂的資本成本。
最近發現,表面加熱膜蒸餾(SHMD)技術可克服傳統膜蒸餾技術固有的一些局限性。
有鑒于此,美國萊斯大Qilin Li,Jun Lou,Pulickel M. Ajayan等人報道了在不銹鋼絲布上原位生長六方氮化硼(hBN)納米涂層(hBN-SSWC),并將其作為可擴展電熱加熱材料,并應用于表面加熱膜蒸餾技術。
新型hBN-SSWC具有優異的透氣性、導熱性、電絕緣性和防腐蝕性,這些特性對于長期的表面加熱膜蒸餾性能至關重要,特別是在高鹽溶液中。
研究人員簡單地將hBN-SSWC連接到商用膜上并通過交流供電。通過在家庭頻率下供電,結果顯示,hBN-SSWC能夠支持超高功率強度(50?kW?m?2)來淡化極高的水通量(處理量)、單程水回收和熱利用效率,同時保持優異的材料穩定性。此外, hBN-SSWC在可擴展且緊湊的螺旋纏繞電熱膜蒸餾模塊中,同樣具有出色性能。
該研究表明,材料和系統設計的協同結合突顯了納米材料的獨特屬性(在戰略上整合到過程中時)如何用來解決極具挑戰性的工程問題并克服傳統技術的局限性。
參考文獻:
Zuo, K., Wang, W., Deshmukh, A. et al. Multifunctional nanocoated membranes for high-rate electrothermal desalination of hypersaline waters. Nat. Nanotechnol. (2020)
DOI:10.1038/s41565-020-00777-0
https://doi.org/10.1038/s41565-020-00777-0