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从水中去除麻烦离子的新方法

在缺水国家,将海水转化为淡水非常重要。对于该过程,必须从水中去除某些带电粒子(称为离子)。然而,一些离子由于其化学性质而难以从水中去除。以色列和荷兰科学家最近的研究正在帮助改进这种离子去除过程。

研究人员能够预测水处理过程中硼离子的行为,从而简化其去除过程。该研究可在国家科学院院刊( PNAS ) 上在线获得。海水、微咸水或淡水中的许多有害或有价值的离子是两性的:它们的特性随 pH 值而变化。“使用标准膜技术很难从水中去除这些颗粒,”瓦赫宁根大学与研究学院环境技术系助理教授 Jouke Dykstra 说。“然后你必须添加某些化学品来控制 pH 值。但我们希望尽可能避免这种情况:使用更少化学品的趋势非常强烈。”

海水淡化

作为这种离子去除过程的一个例子,Dykstra 指的是海水淡化。这种情况正在世界范围内发生在淡水短缺的地方。例如,地中海周边的许多国家使用淡化海水进行灌溉。“但海水中也含有硼,它在高浓度下是有毒的,它会抑制植物生长。显然,这是灌溉的一个问题,这就是为什么我们正在寻找从海水中去除硼和其他离子的新方法。” 由于许多地区的干旱,海水淡化变得越来越重要。Dykstra 说,“需要新技术来继续满足淡水需求,不仅在地中海和中东,而且在荷兰。”

瓦赫宁根的研究人员正在与以色列理工学院 Technion 和位于吕伐登的欧洲可持续水技术卓越中心 Wetsus 的同事一起应对这一挑战。他们共同开发了一种新的硼在电容去离子过程中行为的理论模型。这是一种新兴的无膜技术,用于使用微孔流通电极进行水处理和脱盐。当施加电流时,离子会吸附到电极上,从而从水中去除。Dykstra:“我们是第一个开发理论模型的人,该模型使我们能够预测这种行为并将其用于我们的优势。”

全新设计

以色列和荷兰的研究人员发现,此类系统需要全新的设计。例如,他们在理论上和实验上都证明了水必须从正极流向负极,而不是像现在习惯的那样相反。“我们的研究表明,一个好的理论模型对于有效控制这种复杂的化学过程至关重要,”Dykstra 总结道。“这种方法提供了许多有趣的可能性。您还可以使用此模型应对废水处理中的其他挑战,包括去除砷或有机小分子,如药物残留或除草剂。”

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