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    研究人员利用反渗透膜从水中去除盐分 将海水分解为燃料
    盖世汽车网 / 时间:2020-10-13 01:37:43

    中国科技新闻网10月12日讯:据外媒报道,宾夕法尼亚州立大学(Penn State)研究团队在海水电解槽新概念验证设计中应用净水技术,利用电流将水分子中的氢和氧分开。研究人员称,太阳能、风能和海洋的能量很快就会结合起来,生产清洁的氢燃料。

    据环境工程师Bruce Logan教授介绍,这种“海水分解”新方法,可以更轻松地将风能和太阳能转化为可存储的便携式燃料。Logan表示:“氢是一种很好的燃料,但必须制造。要做到这一点,唯一的可持续性方法是利用可再生能源和水来生产。你还需要使用人们不会用于其他用途的水,那就是海水。因此,生产氢的最佳方法是,将海水与周边环境中的风能和太阳能结合起来。”

    尽管海水很丰富,但并不常用于水分解。除非在进入电解槽之前对其进行淡化(这一附加步骤的成本较高),否则海水中的氯离子会转化为有毒的氯气,从而使设备退化并影响周边环境。为了防止这种情况,研究人员使用一种薄的半透膜,取代电解槽中常用的离子交换膜。这种薄膜最初是为在反渗透处理过程中净化水而开发。Logan说:“反渗透的目的是要对水施以高压,然后将水推过膜,使氯离子留在后面。”

    在电解槽中,海水不再被推过反渗透膜,而是被包含在膜内。两个浸没电极通过外部电源相连接,而两个电极附近发生的反应被这种膜分开。当电源打开时,水分子开始在负极分裂,释放出称为质子的微小氢离子,并产生氧气。然后,质子穿过薄膜,与正极上的电子结合形成氢气。

    插入反渗透膜后,海水被留在正极侧,而氯离子太大,无法通过膜到达负极,从而避免产生氯气。但Logan指出,在水分解过程中,其他盐被故意溶解在水中,以帮助导电。离子交换膜通过电荷过滤离子,并允许盐离子通过。反渗透膜则不然。“反渗透膜阻止盐分移动,而电路中产生电流的唯一途径是,水中的带电离子在两个电极之间移动。”

    由于反渗透膜限制较大离子移动,研究人员需要观察,是否有足够多的微小质子穿过孔隙,以保持较高的电流。Logan 说:“我们必须证明,当两个电极之间存在一层阻止盐离子来回移动的膜时,我们可以通过两个电极获得大量的电流。”

    研究人员测试了两种市售反渗透膜以及两种阳离子交换膜,这种膜允许所有带正电荷离子在系统中移动。测试内容包括:膜对离子移动的抵抗力、完成反应所需的能量、氢气和氧气的产生,以及氯离子和膜退化的相互作用。与阳离子交换膜相比,一种反渗透膜表现不佳,而另一种反渗透膜表现优异。研究人员仍在探讨,为何这两种反渗透膜之间存在如此差异。Logan表示:“这个想法是可行的。只是我们不清楚为何这两种膜的功能如此不同,这一问题有待解决。”

    研究人员将继续研究海水电解,并希望在减少全球二氧化碳排放方面发挥关键作用。Logan表示:“全世界都在寻找可再生氢。例如,沙特阿拉伯计划投资50亿美元,建造使用海水的氢设施。他们必须淡化水,也许可以使用这种方法。”