水是生命的源泉,哪里有水,哪里就有生命。任何生命活動都得依賴于水,但目前地球上可用的水資源遠遠不夠,還有許多地區常年缺水,生活十分困難。
海洋大約占據了地球的71%,而生物存活所需要的水,只占地球總水量的0.005%。這個比例是非常小的,地球上還有許多生物甚至是人還生活在缺水的環境中。
海水淡化和其他凈水技術通常成本很高,并且需要大量能量才能進行,這使得在全球變暖的情況下為日益增長的人口提供更多的潔凈水變得更加困難。探索新的凈水方法是人類一直在追求的事情。
近日SLAC的科學家提出:利使用X射線同步輻射裝置可以更好地測量凈水裝置材料的性能,進而優化凈水裝置,提高凈水技術。
你可能有這樣的疑惑:同步輻射怎么推動凈水技術的發展呢?
舉個例子:在膜反滲透過程中,鹽水在壓力下穿過膜,干凈的水通過膜流入淡水流,鹽,有機物和污染物則留在鹽水流中。然而,研究人員并未對造成這種過濾現象的物理和化學過程有詳細的認識,或者說不清楚反滲透中的某些物質(例如結垢,膜上有機和無機物質的積聚物)是如何干擾凈水過程的。這些凈水系統本身的復雜性使其性質難以度量,同步輻射便可以探測到這些細小、精密又盤綜復雜的結構。
如果研究人員能夠清楚地了解反滲透的工作原理以及如何使其結垢,那么他們將找到方法來改進流程并開發用于凈水技術的新材料。
例如,X射線光譜法可以揭示哪些分子最容易造成污染;X射線散射實驗和成像方法(例如電子顯微鏡)可以使科學家和工程師更好地了解微觀世界正在發生的事情。其他技術也是如此,例如電容電離,該技術最適用于低鹽度或微咸的地下水,并且它與尖端電池研究緊密相關。而且,這種深刻的理解可以使研究人員設計用于脫鹽和減少結垢的新材料。
SLAC的科學家Bone、Toney,斯坦福大學化學工程專業的研究生Valerie Niemann和William Tarpeh教授合作,已經開始研究污垢如何在反滲透膜上積聚。