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海水淡化大冒险：光热织物引领海水淡化大冒险

文章来源：贤集网更新时间：2025-03-03 14:33:18

全球水资源中，海水占比高达96%，如何将其转化为可用淡水，是亟待解决的关键课题。传统海水淡化技术依赖化石燃料和电力，成本高昂且带来环境问题。太阳能驱动的海水淡化技术成为理想选择，其关键在于制备光热转换薄膜。

东华大学朱美芳院士、陈志钢教授团队在《材料科学进展》发表综述文章，提出光热织物方案。陈志钢团队研究光热材料和功能纤维，合成新型光热纳米材料，开发光热转换凝胶和光热织物。光热织物粗糙纹理表面有助于多次吸收阳光，提高光热转化效率；复杂纤维结构带来高比表面积，增强水与空气接触界面；协同优化的亲水性和毛细作用，确保海水持续供应；高度柔性可适配多种蒸发器结构，且成本低、可规模化生产。

在制备技术上，团队采用表面改性、高温碳化、静电纺丝、气喷纺丝和结构编织等方法。表面改性增强光吸收能力，静电纺丝制备高比表面积纳米纤维结构提升蒸发效率。在蒸发器设计方面，团队设计多种结构，如漂浮型、翻转型等。最新的织物基悬挂式非接触蒸发装置有低热损失、双面蒸发、不析盐、可长期持续运行的优点。

海水通过毛细作用和重力渗入织物并流动，大部分在上、下双表面光热蒸发，提升蒸发速率，剩余浓缩海水滴落带走盐分，实现长时间稳定运行。

目前，通过优化蒸发器结构，太阳能蒸发系统效率已突破90%，为淡水资源开发提供颠覆性解决方案。除海水淡化，光热织物还可用于催化、发电以及盐渍土修复等领域。不过，光热织物产业化面临降低成本、提高规模化生产效率和优化长期使用性能等挑战，团队正积极探索解决方案。

一、主流海水淡化技术全景扫描

（一）反渗透技术：高效节能的主流之选

反渗透是广泛应用的海水淡化技术，利用半透膜阻止盐分和杂质，施加压力使水分子通过膜达到淡化目的。其系统包括预处理、反渗透及后处理三部分。预处理去除大颗粒物质防膜堵塞，反渗透去除盐分，后处理保证淡水质量。反渗透技术水回收率高，可达60%-90%，能有效去除溶解盐、细菌及有机物，产出淡水符合饮用水标准。

与蒸馏法相比，能耗更低，运行主要耗能在提供压力。现代反渗透膜技术进步，结合可再生能源，经济性进一步提升。且维护操作简单，有自动化控制系统，在偏远地区及发展中国家应用可行。但该技术存在膜污染和老化、能耗较高、废水排放等问题，目前研究者探索新型膜材料及优化操作流程以提升其经济性和可持续性。

（二）多级闪蒸技术：高效稳定的大规模生产方案

多级闪蒸通过多级压力降低，让海水在不同温度和压力下连续蒸发提取淡水。海水加热后进入多个闪蒸室，压力降低使水分子蒸发成蒸汽，冷凝形成淡水。该技术能量利用效率高，在较低温度多次蒸发，降低能耗，高温高压下热交换效率高，淡水产量大。适应性强，能处理高盐分海水，稳定产出符合标准的淡水，在干旱和半干旱地区应用普遍。

适合大规模生产，可模块化设计，便于扩展升级。运行稳定，减少易损部件使用频率，降低维护成本，精确控制参数可避免故障和停机。未来，该技术将在降低成本、提高热效率、探索环保排盐和处理方式以及结合可再生能源等方面不断优化。

（三）太阳能蒸馏技术：清洁可再生的新兴力量

太阳能蒸馏是新兴的可再生能源驱动蒸馏方式，借助太阳能加热水体，利用温差蒸发实现淡化。其利用太阳能，清洁可再生，减少对化石燃料依赖，降低碳排放，在太阳能丰富地区可高效转换水资源，能耗低，适合发展中国家及偏远、电力基础设施薄弱地区。过程简单易操作，设备包括蒸发器和冷凝器等，投资和维护成本低，还能与不同材料和结构结合适应不同环境需求。

但该技术生产效率受太阳辐射强度、天气条件及设备设计影响，阴雨天气或夜间淡水生产能力下降，需考虑储水及备用能源。海水盐分和杂质会腐蚀设备，蒸发器底部会积累盐分结晶，增加清理难度。当前生产淡水成本较高，通过技术创新与规模化生产降低成本是普及关键。

（四）电渗析技术：电场驱动的创新之法

电渗析技术利用电场原理，通过选择性膜将正负离子分开，利用电场驱动力加速离子移动达到脱盐效果。能耗相对较低，在低盐浓度水源淡化中表现出色，主要依靠电能驱动离子迁移，在低盐浓度和高水流量条件下高效水处理。能有效分离不同类型离子，不仅可用于海水淡化，还能回收水中有价值矿物质和重金属离子。

系统模块化设计，易于扩展和维护，可通过增设电渗析堆调整处理能力。不过，其应用不如反渗透和蒸馏广泛，选择性膜耐用性和材料成本需改进，还需严格管理电源保证稳定工作状态。随着材料科学和电化学技术发展，性能将进一步提升。

（五）低温多效法：低能耗的新兴技术

低温多效法结合多效蒸馏原理与低温操作优势，降低操作温度，利用低等级热源，如废热或可再生能源，实现海水蒸发和凝结，能耗显著低于传统多效蒸馏技术。能效比值可达10以上，低能耗使其在能源价格上涨和环境政策严格背景下具备竞争力，低温操作减少设备材料腐蚀，延长使用寿命。在中东、北非等干旱地区已广泛应用，推动当地水资源可持续发展。但推广面临成本控制与规模化应用挑战，科研机构和企业正探索其适应性与应用前景。

（六）冷冻法：崭露头角的新型技术

冷冻法通过降低海水温度至冻结点，使冰晶排除盐分形成淡水，融化后可得不含盐分的水。能耗较低，可适用于各种水质。从工业分离角度看，分离系数高，能耗低，低温运行对生物污染、结垢和腐蚀问题不敏感，无需预处理且较少使用化学药品，不向环境排放有毒化学物质。但该技术需开发高效冷却设备以及冰的分离与收集技术。随着对水资源问题重视，借助清洁能源技术进步，有望在缺水地区实现大规模应用。

二、全球海水淡化应用现状与挑战

海水淡化技术在全球得到广泛应用，过去50年间，全球海水淡化能力增长50多倍，为1.5亿至2亿人提供饮用水。全球约有16000家海水淡化厂，分布在177个国家，每天可产生9500万立方米淡水。中东、欧洲、澳大利亚等地都有海水淡化厂分布。

海水淡化厂建设和运营成本受多种因素影响，如设备采购、土地租赁、技术、能源成本等。能耗是决定成本关键，过去40年随着技术进步能耗降低约90%，规模越大、技术越先进，成本相对越低。海水淡化厂危害海洋生物，排放高盐度盐水导致海洋酸化，内陆海水淡化厂管理有毒污泥储存困难。

目前有零液体排放系统、创新盐水扩散技术、基于生物的预处理工艺等辅助方案来应对危害。预计20年内全球淡水需求量将超出供应量30%以上，膜和能源费用下降将使更多社区使用海水淡化技术，联合国环境规划署预计到2030年海水淡化产量将再次指数级增长。

海水淡化技术不断发展，光热织物等创新性方案以及各类主流技术都在为解决全球水资源危机贡献力量。未来，随着技术的持续创新和完善，海水淡化有望在全球水资源可持续利用中发挥更为关键的作用。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_568951.html
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