釜山國立大學研究人員開發出一種以多功能膜推進太陽能海水淡化的創新膜技術,以可持續方式應對海水淡化相關挑戰。
隨着全球人口增長和工業擴張,非洲、中東和東南亞許多國家正面臨淡水短缺危機。尋找可持續的清潔水生產方式已成為當務之急,而太陽能海水淡化可能是最有前景的途徑之一。通過利用陽光蒸發和淨化海水,該技術可為缺水地區提供高效的淡水來源。
然而,海水中不僅含有鹽分。港口和工業區附近的近海水域常受石油污染,這會堵塞海水淡化系統中使用的專用膜。儘管許多實驗性海水淡化平台已顯示出有前景的結果,但大多數都是在實驗室條件下使用清潔鹽水進行測試。因此,它們在實際海水中的表現仍不清楚。
為應對這一挑戰,由韓國釜山國立大學土木與環境工程系Sanghyun Jeong教授領導的研究團隊開發了一種用於太陽能驅動海水淡化的新型多功能水凝膠膜。該研究於2026年6月1日在線發表,並將於2026年10月15日發表在《Desalination》期刊第636卷。研究人員沒有將油水分離和海水淡化作為獨立過程處理,而是設計了一種同時具備兩種功能的單一膜結構。
該膜具有「Janus」(雙面)結構,即兩側具有不同性質。一側為親水性,由殼聚糖和聚乙烯醇水凝膠製成,允許水通過同時排斥油滴。另一側為疏水性,含有包裹在碳殼中的氧化銅納米顆粒,嵌入納米纖維層中。該側吸收陽光,將其轉化為熱量,並驅動表面水蒸發。由於每一層專注於一項任務,排油和產熱互不干擾——而在單層設計中這種情況可能發生。
實驗表明,該膜從受污染海水中去除了超過99.99%的油,同時在不同油滴尺寸和重複使用條件下保持穩定性能。在太陽能海水淡化過程中,其蒸發速率達到每平方米每小時1.29公斤水,幾乎是傳統單層膜的三倍。Jeong教授表示:「通過利用可再生太陽能,並將污染物分離與淡水生產整合在單一膜平台上,我們的技術有潛力降低能耗、運行複雜性和二次廢物產生,有助於實現更可持續的水處理和淡水生產。」
研究人員認為,這項研究中開發的膜為未來水處理技術提供了更廣泛的設計思路。Jeong教授解釋道:「除了海水淡化的具體應用外,這項工作的更廣泛意義在於展示瞭如何將多種處理功能合理整合到單一膜結構中。」這類多功能系統有助於使太陽能水處理在受污染的近海水域和工業廢水中更加實用,同時也有助於從濃縮鹽水中回收有用資源。
該領域的進一步研究有望推動一個未來——淡水資源在世界各地唾手可得。