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怎样把海水变成淡水?

2018-12-19 16:47:50浏览:942评论:0 来源:山村网   
核心摘要:人类的生存离不开水,地球上虽然有大量的水,可惜能为人类所利用的淡水却少得可怜。当人类为缺水感到困惑时,毫无疑问会将目光投

人类的生存离不开水,地球上虽然有大量的水,可惜能为人类所利用的淡水却少得可怜。当人类为缺水感到困惑时,毫无疑问会将目光投向总量远比淡水多得多的海水。海水中含有3.5%的盐类化合物,如何低成本地把这些化合物从水中除去,一直是化学家孜孜以求的目标。目前,常用的海水淡化方法有以下几种。

蒸馏法。将海水加热,使其中的水变成蒸汽,再让蒸汽冷凝下来。由于海水中所溶的盐类不会随着蒸汽出来,因此得到的水就是几近纯水的蒸馏水。然而,无论是加热还是冷凝,都需耗费能源。每蒸发1克水就需要2.3千焦的能量。所以这种方法救急可以,却不是一个长久之计。

 

 

离子交换法。溶解在水中的盐分,都是以阳离子和阴离子的形式存在。如果有一种东西可以把这些离子移走,那么水也就得到纯化了。离子交换树脂就具有这样的能力。离子交换树脂是一种具有网状结构的不溶于水的高分子材料。它犹如一棵大树,上面有很多树枝,每个树枝上都有一个口袋。当海水通过的时候,阳离子会把阳离子交换树脂“口袋”中的氢离子交换出来,阴离子会把阴离子交换树脂“口袋”里的氢氧根离子交换出来,而氢离子和氢氧根离子相遇就变成了水。不过,离子交换树脂在使用了一段时间后会达到饱和状态,怎样使离子交换树脂可以持续使用呢?由于离子交换是可逆的,因此可以分别用酸和碱进行反交换来更新,这样就能使离子交换树脂可以反复使用了。但离子交换法处理能力有限,并需要大量的酸和碱来使树脂“再生”,如果大量用于海水淡化,成本太高,因此目前这种技术主要应用在水的进一步纯化方面。

反渗透法。渗透是大自然中一个非常普遍的自然现象。例如,植物就是靠根部的渗透来吸取水分的,渗透平衡对人的生命活动也极为重要。渗透是依靠一种称为半透膜的材料来实现的。半透膜可以让水自由通过,而水中的其他化学物质是通不过的。如果半透膜的左边是纯水,右边是溶液的话,从纯水这边通过半透膜的水就会比溶液右边通过半透膜的水多得多。这是因为,纯水上方的饱和蒸汽压比溶液上方的饱和蒸汽压大。当纯水和溶液上方均处于1.01×105帕(1 个标准大气压)的压力下,驱动水分子运动的动力决定于饱和蒸汽压。于是,纯水这边液面下降,溶液那边液面上升,到一定的液位差就达到平衡,这就是渗透现象。植物根部的表皮就是这样一种半透膜。

 

 

如果在溶液上方加压,使溶液上方的总压大于纯水上方的大气压,情况就会发生逆转。此时驱动水分子通过半透膜的动力就决定于两边的压力差。压力差大,溶液中就会有更多的水通过半透膜流向纯水。

用反渗透法将海水制成淡水的方法又称为“膜技术”。它的关键在于半透膜。这层膜要有一定的强度,因为首先处理过程是要加压的;其次它必须具有百分之百的选择性,只能让水通过,而任何其他化学物质是不能通过的;最后它还应该有较大的通过量,以加快制备过程。目前半透膜所存在的问题是成本高、寿命短。处理的溶液浓度愈高,膜的寿命愈短。如果这两个问题能解决的话,膜技术将会成为海水淡化最有前途的一种方法。

作者:刘旦初(复旦大学化学系教授,博士生导师)

(责任编辑:豆豆)
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