X射线同步辐射推动净水技术的发展

北京众星联恒

2020/08/10 11:22

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X射线同步辐射推动净水技术的发展

水是生命的源泉，哪里有水，哪里就有生命。任何生命活动都得依赖于水，但目前地球上可用的水资源远远不够，还有许多地区常年缺水，生活十分困难。

海洋大约占据了地球的71%，而生物存活所需要的水，只占地球总水量的0.005％。这个比例是非常小的，地球上还有许多生物甚至是人还生活在缺水的环境中。

海水淡化和其他净水技术通常成本很高，并且需要大量能量才能进行，这使得在全球变暖的情况下为日益增长的人口提供更多的洁净水变得更加困难。探索新的净水方法是人类一直在追求的事情。

近日SLAC的科学家提出：利使用X射线同步辐射装置可以更好地测量净水装置材料的性能，进而优化净水装置，提高净水技术。

你可能有这样的疑惑：同步辐射怎么推动净水技术的发展呢？

举个例子：在膜反渗透过程中，盐水在压力下穿过膜，干净的水通过膜流入淡水流，盐，有机物和污染物则留在盐水流中。然而，研究人员并未对造成这种过滤现象的物理和化学过程有详细的认识，或者说不清楚反渗透中的某些物质（例如结垢，膜上有机和无机物质的积聚物）是如何干扰净水过程的。这些净水系统本身的复杂性使其性质难以度量，同步辐射便可以探测到这些细小、精密又盘综复杂的结构。

如果研究人员能够清楚地了解反渗透的工作原理以及如何使其结垢，那么他们将找到方法来改进流程并开发用于净水技术的新材料。

例如，X射线光谱法可以揭示哪些分子最容易造成污染；X射线散射实验和成像方法（例如电子显微镜）可以使科学家和工程师更好地了解微观世界正在发生的事情。其他技术也是如此，例如电容电离，该技术最适用于低盐度或微咸的地下水，并且它与尖端电池研究紧密相关。而且，这种深刻的理解可以使研究人员设计用于脱盐和减少结垢的新材料。

SLAC的科学家Bone、Toney，斯坦福大学化学工程专业的研究生Valerie Niemann和William Tarpeh教授合作，已经开始研究污垢如何在反渗透膜上积聚。

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