太阳能海水淡化新突破：无有毒盐水生产淡水

# 新型太阳能海水淡化突破：产出淡水，不留有毒盐水 来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2026/05/260530053418.htm 据联合国统计，全球仍有22亿人无法获得安全管理的饮用水。为满足日益增长的需求，从加州到中东部分地区，许多地区都依赖将海水转化为淡水的海水淡化厂。 传统的海水淡化方法，如反渗透和热蒸馏，成本高昂且能耗巨大。它们通常需要在处理前后进行化学处理，并产生大量高浓度盐水。当这些盐水被排放回海洋时，会提高盐度、降低含氧量，从而破坏海洋生态系统。 罗切斯特大学的研究人员开发出一种新方法，有望解决其中多项难题。他们的太阳能海水淡化系统能高效产出淡水，无需化学预处理，且不产生盐水废料。这项研究由该校光学与物理学教授、激光能量学实验室资深科学家郭春雷领导。研究团队在《光：科学与应用》期刊上描述了这项技术。 **激光处理太阳能板驱动过程** 该系统依赖于经过特殊设计的太阳能板，这些太阳能板由经飞秒激光处理的黑色金属制成。这种处理赋予了表面两种重要特性：它能吸收几乎全部入射阳光，并强烈吸引水分——这一特性被称为超吸水性。 激光处理的活性区域将一层薄薄的海水铺展在面板上。阳光被吸收后，水蒸发并蒸馏成淡水。同时，溶解的盐和矿物质被引导离开活性区域，沉积到名为被动区域的面板未处理部分。 通过将盐分移离蒸发区，这种设计防止了可能干扰连续运行的堆积问题。 **利用咖啡环效应防止堵塞** 郭春雷指出，几种太阳能热海水淡化技术在使用仅由水和氯化钠组成的简化海水进行的实验室研究中显示出有前景的结果。 在这些实验中，随着水分蒸发，氯化钠晶体形成疏松多孔的结构。水可以持续流过这些晶体，将其溶解，从而使得系统相对容易清洁。 真实的海水要复杂得多。 除了氯化钠，海洋中还含有大量其他溶解矿物质。含镁和钙的物质在结晶时往往形成坚硬致密的结垢。这些沉积物会阻塞水流，最终导致海水淡化过程停止。 这个问题类似于水壶内积累水垢或淋浴喷头长期使用后堵塞，只不过海水中溶解盐的浓度要高得多。 为克服这一挑战，罗切斯特团队在黑色金属表面精心设计了微观凹槽。这种图案促使盐和矿物质在堆积之前就移离活性区域。 研究人员还利用了一种常见的物理现象——咖啡环效应。 “如果你把咖啡滴在表面上，最终水会蒸发，在边缘留下一圈浓缩的咖啡颗粒，”郭春雷说。“我们利用同样的原理将盐分推到被动区域。” 当团队使用从太平洋、大西洋和印度洋采集的水样测试该技术时，面板实现了自清洁。淡水被持续提取，而盐分则被导向被动区域，可在不影响性能的情况下随后回收。 **回收有价值的矿物质，而非产生废料** 该系统最显著的优势之一在于对残余盐分的处理。 传统海水淡化会产生液态盐水，这些盐水必须经过处理、处置或排放到环境中。而新工艺几乎能将所有溶解的盐分以固体形式回收。 这些回收的材料可能成为有价值的资源。除了生产食盐外，该过程还有助于提取重要矿物，例如锂——电动汽车和许多消费电子产品中使用的锂离子电池的关键成分。 在发表于《材料化学杂志A》的一项相关研究中，郭春雷及其同事证明，同样的超吸水性太阳能板还能将锂与其他盐分分离。 为此，研究人员将钛酸氢纳米颗粒嵌入黑色金属表面的微观凹槽中。这些颗粒能选择性地将锂从其他溶解矿物质中分离出来。 “从地球开采锂在能源和环境方面已被证明代价高昂，因此直接从盐水中提取锂可能是一条非常重要的未来路径，”郭春雷表示。 利用来自犹他州大盐湖的水，研究团队成功回收了淡化后剩余盐分中约50%的锂。 **大规模淡水生产的潜力** 尽管该技术目前仅在概念验证设备中得到演示，但郭春雷相信这种方法可以显著扩大规模。 如果成功推广，该系统有助于增加清洁饮用水的获取，同时为关键矿物创造更可持续的来源。 *这项研究得到了美国国家科学基金会、比尔及梅琳达·盖茨基金会以及世界大学网络的支持。来自光学研究所的其他贡献者包括高级科学家Subash Singh、校友Ran Wei '24（博士）、博士生Luheng Tang和Tainshu Xu，以及Mingjiang Ma。*