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淡水一直是人類社會賴以生存的基本物質(zhì)之一。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)化進程的推進，人類對淡水資源的需求日益增長。而數(shù)據(jù)顯示，目前僅存在于河流、湖泊和可供人類直接利用的地下淡水已經(jīng)不足0.36。沿海鹽堿地區(qū)、內(nèi)陸苦咸水地區(qū)以及一些島嶼一直缺乏淡水。

盯上了太陽能

淡水資源稀缺的壓力之下，對占地球總水量的97%以上的海水進行淡化成為擴大淡水來源的有效途徑之一?？茖W(xué)家們將目光投向海洋資源，開發(fā)了太陽能海水淡化技術(shù)。

與常規(guī)蒸餾法、離子交換法、滲析法等傳統(tǒng)淡化方法相比，太陽能海水淡化技術(shù)幾乎不消耗石油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源，95%能耗來自太陽能，綠色無污染。所得淡水純度高，一經(jīng)開發(fā)便得到廣泛應(yīng)用。

太陽能海水淡化技術(shù)通常是將光熱材料置于海水表面或上方，通過毛細管作用將海水輸送至光熱材料上表面，太陽光照射之下，光熱材料表面迅速升溫，使其表面海水迅速蒸發(fā)。這種表面光熱水蒸發(fā)具有極高的能量轉(zhuǎn)化效率，在海水淡化應(yīng)用方面具有較大發(fā)展前景。

但是，當(dāng)光熱材料投放到自然水域中，水域中存在的污染物問題也浮現(xiàn)出來。

污染物的阻撓

在自然水域中，存在著藻類等生物污染物與種類繁多的有機污染物。進入河口、近海的生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)牧業(yè)排水和地面徑流污水中過量的有機物質(zhì)，包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、氨基酸、脂肪酸酯類，以及營養(yǎng)鹽（氮、磷等）等造成的污染。污染物富集在光熱膜中，甚至完全覆蓋光熱膜，導(dǎo)致光熱材料性能下降、失效。

理論上，可以通過高溫降解來降低有機物中酶的活性，透過影響污染物溶解度來對污染物進行有效降解，實現(xiàn)膜再生。實際上，如果只靠污染物自行熱分解，需達到較高溫度，耗費巨量能源。

太陽能海水淡化技術(shù)原理

光熱材料能夠?qū)崿F(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換，在太陽能驅(qū)動海水蒸發(fā)產(chǎn)生淡水的過程中扮演著重要的角色。太陽能光熱膜是太陽能光熱轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組成部分。在實際應(yīng)用中，由于自然水域存在眾多污染物，容易造成膜污染，致使膜材料不能很好地發(fā)揮作用。

多孔膜問世

有沒有辦法更好地實現(xiàn)污染物分解，以及膜材料的節(jié)能再生呢？

自然水域的污染物本可以通過高溫降解來祛除?？墒牵恍┪廴疚锓纸膺^程需要較高的溫度，采用高溫降解方式造成巨額能源耗費。鑒于此，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所成功開發(fā)出多功能鈣鈦礦氧化物多孔膜及節(jié)能再生技術(shù)，降低污染物燃燒分解溫度，實現(xiàn)膜材料節(jié)能再生。

在這種情況下，科學(xué)家們進行了大量調(diào)研，發(fā)現(xiàn)了在高溫催化、氣體分離及光催化等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的鈣鈦礦氧化物。這種氧化物具有獨特的催化活性，光熱性能也不錯。如果把兩種性能同時利用起來效果會怎樣呢？

基于這種大膽的設(shè)想，青島能源所膜分離與催化研究組前期在新型鈣鈦礦氧化物開發(fā)及其催化-膜分離性能研究方面做了大量工作，開發(fā)出了多功能鈣鈦礦氧化物L(fēng)a0.7Sr0.3CoO3（LSCO）多孔膜。

膜節(jié)能再生

切片具有良好的光熱性能和催化燃燒活性，使它可以在相對較低的溫度下催化諸如藻類等生物及有機污染物的熱分解，整個過程能耗非常低。

在以水藻、三聚氰胺為污染物的測試中，LSCO多孔膜顯著降低了附著其上的污染物的燃燒分解溫度，減少了多孔膜在燃燒分解過程中的再生能耗，達到節(jié)能再生的目的。由于LSCO多孔膜熱穩(wěn)定性高，多次膜再生循環(huán)后性能基本不受影響。

LSCO多孔膜不僅可催化降解生物污染物，實現(xiàn)多孔膜的節(jié)能再生，還能夠促進高效的太陽光驅(qū)動水蒸發(fā)。實驗顯示，切片具有設(shè)計合理的表面和分層多孔結(jié)構(gòu)，有助于光的收集，從而大大提高蒸發(fā)速度。同等陽光照射下約為自然水蒸發(fā)率的420%，實現(xiàn)高效蒸發(fā)。

由于具有超親水性表面和多孔結(jié)構(gòu)，海水可及性高，切片可實現(xiàn)長期排鹽，并在脫鹽過程中保持穩(wěn)定的蒸發(fā)性能。這對于實際的太陽能驅(qū)動海水淡化具有重要意義。

科學(xué)家們巧妙利用鈣鈦礦氧化物的光熱和催化性能，開發(fā)出多功能鈣鈦礦氧化物L(fēng)SCO多孔膜，既解決了光熱膜在實際應(yīng)用中的生物污染問題，實現(xiàn)了光熱膜的節(jié)能再生，又提高了太陽能驅(qū)動海水淡化速度。光熱膜性能越好，光熱材料在實際水環(huán)境中的應(yīng)用便越成熟。

位于美國加利福尼亞州的淡化海水玻璃圓球

LSCO多孔膜的出現(xiàn)還為新材料的應(yīng)用提出了另一方向。利用一種材料的兩種特性開發(fā)新材料是成功的實踐，下次是否可以專攻同時具有兩種不同特性的材料呢？如果可以，材料應(yīng)用的多樣性將再次上升一個層次。