作者:赖斯大学的杰德·博伊德 莱斯大学的高盐盐水淡化技术以夹在两层膜之间的加热盐水中央通道为特色
不锈钢加热元件通过驱动水蒸气穿过每个膜来产生新鲜的无盐水
2D纳米材料六方氮化硼涂层保护加热元件免受高腐蚀性盐水的侵蚀
学分:奎昌左/莱斯大学 二维纳米材料六方氮化硼的薄涂层是莱斯大学工程师开发的用于淡化工业浓盐水的高性价比技术的关键成分
超过1个
80亿人生活在淡水匮乏的国家
在许多干旱地区，海水或含盐地下水资源丰富，但淡化成本很高
此外，许多行业为无法使用传统技术处理的高盐浓度废水支付高额处置费用
反渗透是最常见的脱盐技术，随着水含盐量的增加，需要越来越大的压力，不能用于处理含盐量极高的水
高盐度水的含盐量是海水的10倍，对许多行业来说，这是一个越来越重要的挑战
例如，一些油气井大量生产它，它是许多海水淡化技术的副产品，这些技术同时生产淡水和浓盐水
莱斯大学的李麒麟(音译)说，提高所有行业的用水意识也是一个驱动因素，他是发表在《自然纳米技术》杂志上的一项关于莱斯海水淡化技术的研究的合著者
“这不仅仅是石油工业，”米基纳米技术水处理中心的联合主任李说
“一般来说，工业过程会产生含盐废水，因为趋势是重复利用水
许多行业正试图建立“闭环”水系统
每当你回收淡水，其中的盐就会变得更加浓缩
最终废水变成高盐，你要么淡化它，要么花钱处理它
" 淡化高盐度水的传统技术具有高资本成本，并且需要大量的基础设施
纽特是美国国家科学基金会(NSF)工程研究中心(ERC)，总部设在赖斯的布朗工程学院，该中心利用纳米技术和材料科学的最新进展，创造出分散的、适用的技术来更有效地处理饮用水和工业废水
纽特公司的技术之一是一个离网脱盐系统，该系统使用太阳能和一种叫做膜蒸馏的过程
当盐水流经多孔膜的一侧时，它在膜表面被吸收阳光并产生热量的光热涂层加热
当冷淡水流过膜的另一侧时，温度的差异会产生一个压力梯度，驱使水蒸气从热的一侧通过膜到达冷的一侧，留下盐和其他非挥发性污染物
莱斯大学的工程师创造了一种坚固的加热元件，通过在市售不锈钢网上添加2D纳米材料六方氮化硼的保护涂层来淡化高腐蚀性的工业浓度盐水
学分:奎昌左/莱斯大学 膜两侧温度的巨大差异是膜脱盐效率的关键
在纽特公司的太阳能版本的技术中，附着在膜上的光激活纳米粒子从太阳获取所有必需的能量，从而实现高能效
李正在与纽特公司的一个工业伙伴合作，开发一种可用于人道主义目的的技术
但她说，光靠未浓缩的太阳能不足以对高盐盐水进行高速脱盐
土木与环境工程教授李说:“周围的太阳能限制了能量的强度。”
“能量输入仅为每平方米1千瓦，大规模系统的产水量很低
" 向膜表面增加热量可以使每平方英尺膜每分钟产生的淡水量呈指数级增加，这种方法被称为通量
但是盐水有很强的腐蚀性，当加热时它会变得更具腐蚀性
传统的金属加热元件很快就会被破坏，许多非金属替代材料也好不到哪里去，或者导电性不足
“我们真的在寻找一种材料，这种材料应该是高导电性的，并且能够支持大电流密度，在这种高盐水中不会被腐蚀，”李说
这个解决方案来自莱斯大学材料科学和纳米工程系(MSNE)的研究合著者朱军楼和普利克尔·阿贾扬
娄(音译)、阿雅扬(音译)和纽特(NEWT)的博士后研究人员、该研究的合著者左奎昌和以及该研究的合著者和研究生开发了一种用六方氮化硼(hBN)薄膜涂覆精细不锈钢网的工艺
氮化硼的耐化学性和导热性相结合，使其陶瓷形式成为高温设备中的宝贵资产，但这种材料的原子厚度二维形式的氮化硼通常生长在平坦的表面上
用于淡化高盐盐水的盘管蒸馏膜系统
将系统卷成一个线圈证明了采用一种普通的节省空间的水过滤形式的可能性
学分:奎昌左/莱斯大学 “这是第一次在一个不规则、多孔的表面上生长出这种美丽的hBN涂层，”李说
“这是一个挑战，因为任何地方的hBN涂层有缺陷，就会开始腐蚀
" 贾(音译)和王(音译)使用一种改进的化学气相沉积(CVD)技术，在一个不透明的、市场上可买到的不锈钢网上生长了几十层hBN
这项技术将赖斯以前的研究扩展到曲面上二维材料的生长，这项研究得到了原子薄多功能涂层中心的支持
原子中心也由赖斯主持，由国家科学基金会的工业/大学合作研究项目支持
研究人员表明，只有约百万分之一米厚的金属丝网涂层足以包住交织在一起的金属丝，保护它们免受高盐水的腐蚀
将涂覆的丝网加热元件连接到商业上可获得的聚偏二氟乙烯膜上，该膜被卷成螺旋缠绕膜，这是许多商业过滤器中使用的节省空间的形式
在测试中，研究人员以50赫兹的家庭频率为加热元件供电，功率密度高达每平方米50千瓦
在最大功率下，该系统每小时每平方米膜产生超过42千克的水流量，比周围的太阳能组件蒸馏技术高出10倍以上，能效远远高于现有的膜蒸馏技术
李说，该团队正在寻找一个行业合作伙伴，以扩大化学气相沉积涂层工艺，并为小规模现场测试生产一个更大的原型
“我们准备追求一些商业应用，”她说
“从实验室规模的工艺升级到大型二维化学气相沉积板需要外部支持
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