全球淡水资源不仅短缺而且地区分布极不平衡，你知道世界上最缺水的是哪里吗?如果你只答非洲，只是说对了一半。其中中东和北非地区是世界上缺水最严重的地方，该地区有14个国家位列全球33个最缺水国家名单，水资源可利用量不到世界平均水平的1/6。由于我们当前遇到的淡水稀缺，从海水中去除盐以确保饮用安全意味着要克服许多科学挑战。海水淡化系统的一个主要问题是，它们非常耗能，并且在使用化石燃料时会向环境释放有害排放物。改用淡化系统使用太阳能等可再生资源为淡化提供了一种更环保的方法，并有助于解决水资源短缺问题。本文将探讨太阳能脱盐工艺和反渗透以及改进的脱盐工艺去除有毒金属。

　　太阳辐射强度高的地区通常需要清洁的水源。预计2018-2022年全球海水淡化市场将增长9％，其中74％的增长主要来自欧洲和中东和北非地区。太阳能是海水淡化的一种有前途的资源，因为可以收集70％的太阳辐射，并且它是永久可用的资源。下图可以利用太阳能的不同途径，以及可以利用太阳能的最终应用。

　　海水淡化的太阳能前景广阔。当前有两种类型的基于太阳能的海水淡化系统，直接的和间接的。直接系统是在太阳能收集器中产生馏出时，而间接系统是在太阳能收集后用于以后的脱盐时。直接系统的一个例子是太阳蒸馏器，其中太阳辐射被吸收并直接转移到盐水输入中，导致水蒸发并被收集，同时盐和颗粒被排出。该系统成本低廉，但性能低下，使其更适合没有高用水需求的偏远地区。像碳、石墨、纳米片和二氧化硅这样的纳米材料可以用来提高直接太阳能脱盐的效率。

　　反渗透作为一种主要的脱盐手段已得到广泛的应用。与其他海水淡化方法相比，反渗透系统的优势在于可以小规模或大规模使用且二氧化碳含量低排放。对于不同数量的处理水，会有不同的功耗值，流量越大，功耗就越高。反渗透系统的能耗是一个主要问题，因为与其他海水淡化系统相比，反渗透系统需要大量的能量。如下图显示了商用RO系统的不同规格。所有系统的渗透水和原水TDS分别500mg / L和5000mg / L。渗透流量为50m3 / day的RO系统的最低功耗为4.1kW，而渗透流量为1000m3 / day的RO系统的最大功耗为52kW。

　　由于可再生能源已成为近年来的热门话题，因此已经进行了许多有关可再生能源反渗透淡化系统以解决水资源短缺的研究。太阳能和风能由于其世界上的自然资源丰富，已成为海水淡化研究最多的可再生能源。可再生能源海水淡化厂中有43％是太阳能光伏发电，而27％是太阳能热发电，这意味着太阳能光伏反渗透系统已经取得了许多进步，以提高出水效率和降低成本。

　　如上图显示了标准的PV-RO海水淡化厂，其中包括常用步骤和所用材料。PV-RO系统中的PV模块通常由单晶或多晶硅制成。与使用扁平模块相比，安装根据太阳的小时位置在白天移动的自动跟踪系统可以增加功率输出。但是，这种进步很昂贵，因此最大功率点跟踪器（MPPT）电路可以用于相同的目的，但更具成本效益。预处理过程涉及通过活性炭过滤从盐水进水中过滤掉颗粒，例如游离氯。电池可以使系统在夜间或没有太多太阳辐射的情况下运行，这意味着PV-RO设备可以连续运行。电池的缺点是它们会降低效率并增加系统复杂性。PV-RO工厂已经取得了进步，从而消除了对电池的需求并可以使用其他设备用于能量存储。

　　燃料电池可代替电池，用于从化学能转化为电能。与燃料电池相比，电池在能量存储方面更昂贵且效率更低。通过使用质子交换膜燃料电池（PEMFC），氢气可与副产品产生的水一起用于发电。PEMFC对环境没有影响，可以与其他设备（例如风力涡轮机）一起使用来发电。更大的储能效率适合代替反渗透系统的电池。

　　朗肯循环反渗透系统（RC-RO）也很流行，它由一个太阳能场，朗肯循环发电厂和反渗透单元组成[8]。太阳光热能被用于RC工作流体上以使其蒸发，然后该流体被用于涡轮机以发电。然后，此生成的功率将在RO系统高压泵中使用，以开始反渗透淡化过程。已经确定，当将水用作工作流体时，随着工厂生产能力的提高，每平方米所产生的淡化水的价格减少。在有机朗肯循环反渗透系统（ORC-RO）中，使用了有机工作流体，例如碳氢化合物和碳氟化合物，傲世皇朝主管怎么联系？可用于偏远地区。对于ORC-RO系统，实验确定的进步是使用双级ORC 。在两循环系统中使用这些材料可以减少所需空间的数量并提高性能效率。这些循环包括一个顶部循环和一个底部循环，该顶部循环为RO高压泵产生了能量，而底部循环则通过使用顶部循环的热能浪费为其他组件提供了能量。

　　加利福尼亚大学伯克利分校的化学家们发现了一种方法，该方法可以简化脱盐过程中去除有毒金属（例如汞和硼）的过程，以生产干净的水，同时还可以捕获有价值的金属。

　　加州大学伯克利分校的化学家合成了柔性聚合物膜，就像目前在膜分离工艺中使用的那样，但是嵌入的纳米颗粒可以调节以吸收特定的金属离子。如果要回收金属，则膜可以包含一种类型的已调整纳米颗粒，也可以包含几种不同类型的膜，如果需要在一个步骤中去除多种污染物，则可以调整每种以吸收不同的金属或离子化合物。

　　现在用独特的分子修饰的多孔材料，这些分子可以从液体或气流中捕获目标化合物：例如，发电厂排放的二氧化碳。这些聚合物膜中使用的纳米粒子称为多孔芳族骨架或PAF，它是碳原子的三维网络，其由多个环形分子组成的化合物（称为芳族化合物）组成。内部结构与钻石的内部结构有关，但碳原子之间的连接被芳香族连接基延长，从而形成了许多内部空间。各种分子可以连接到芳族接头上以捕获特定的化学物质。

　　尝试了不同类型的高盐度水，例如地下水，工业废水以及微咸水，该方法适用于每一种；可见它是多用途的；同时还证明了该膜可以重复使用多次（至少10次，但可能更多），而不会失去其吸收离子金属的能力。含PAF的膜经过调整以吸收金属，可以轻松释放其吸收的金属，以进行捕获和再利用。这项改进新技术，根据你的有毒杂质，可以定制膜来处理这种类型的水。

　　有一位化学家研究出了新的解决方案，他利用二氧化碳成功地去除海水中大部分的盐，使其成为了可使用的淡水，并且还没有用到电力或其他能源。令人更为吃惊的是，这个过程的时间耗费不到十分钟。

　　其中的技术原理是通过二氧化碳催化，并由相应的二胺促进简便脱盐，这种二胺可以动态地自发聚集，然后和水中的NaCl（盐类物质）相结合并一起沉淀。在海水中使用二氧化碳处理烷基链改性的二胺，当氨基甲酸酯或碳酸氢盐或铵阳离子的碳酸盐自发形成后，就会激活二氧化碳响应单元与NaCl（盐）发生螯合作用。

　　全球研究团队已经成功利用金属有机框架（MOF）和阳光在不到30分钟的时间内将微咸水和海水转化为安全、清洁的饮用水。