伊利诺伊州的工程师继续在海水淡化中掀起波澜

在过去的几年里，伊利诺伊大学的研究员凯尔·史密斯证明了他在海水淡化领域不断增长的专业知识，其研究成果可以解决当前世界各地减少清洁水源减少的迫切需要。

现在，随着由国家科学基金会资助的新出版物和新的研究项目，他继续在他高度赞扬的工作的基础上开发新的盐水去离子方法。

本周“ 水研究 ”杂志发表的论文“导电添加剂对绝缘粒子多孔流通电极输送特性的影响及其对法拉第去离子的优化” 证明了替代水资源节能淡化的有希望的结果。史密斯的最新作品是由他的博士生埃里克雷亚尔率领的，它涉及去离子装置，可以使用插入材料(一种常用于可充电电池的材料)可逆地储存和释放阳离子。该工作特别解决了循环插层材料的挑战，其具有快速的电子，离子和流体传输速率，这些特征在单个系统中难以同时实现。

他的团队制作了包含绝缘普鲁士蓝类似物颗粒的优化电极，并将它们用于具有对称电极的实验阳离子插层脱盐(CID)电池中。他们目睹了在过去的CID示范中，在类似的能耗水平下，除盐率增加了近10倍的结果。

“电化学水处理装置需要高盐去除率，因为如果可以更快地去除盐，可以构建更小的单元以实现相同的处理水总产量。按照这种思路，构建系统的资本成本将更低对于固定的水生产力水平，“史密斯说。

图片来源：Kyle Smith。

在他新的三年NSF资助的研究项目“使用插层反应实现最小盐水排放脱盐”中，史密斯将使用电池材料来克服使用反渗透(RO)进行海水淡化过程中产生的废盐水量的限制。 )。盐水处理具有重大的环境可持续性问题，包括注入地球时增加的地震以及在水体中处置时对水生生态系统的危害。虽然反渗透盐水的产生取决于所使用的压力驱动力(因此施加了机械限制)，但史密斯计划使用电场来浓缩盐离子，他建议，可以将盐浓缩至溶液中接近饱和的水平。

伊利诺伊大学此前曾在2016年报道过史密斯发现了一种技术，该技术可以为电子设备充电，从而可以为咸海提供淡水。他开发了一种新型装置 - 一种充满盐水的电池，电流通过它 - 当时使用尽可能少的能量去离子水。这项工作在2016年电化学学会期刊上阅读量最大的10篇文章中名列前茅。

仅仅一年之后，2017年，史密斯和他的团队更进一步采用海水淡化，专注于新材料，与欧洲水技术卓越中心Wetsus合作，提高该工艺的经济可行性和能源效率。他们创造了一种类似电池的设备，使用的电极材料不仅可以去除钠离子，还可以去除钾，钙，镁等 - 这是一项重要的技术改进，因为盐水和微咸水通常含有钾等其他盐的混合物，氯化钙和氯化锰。这项工作发表在Electrochimica Acta期刊上。

目前的实验工作也遵循史密斯和他的学生使用电化学传输的计算模型来指导基于电池的脱盐细胞设计的工作。他们的团队最近也使用量子力学模型，结合实验和热力学分析，了解他们的海水淡化细胞中使用的电池材料如何吸收原子级的钠，以及镁和钙。

最近，史密斯获得了2018年ISE-Elsevier应用电化学奖 - 这一奖项完全基于他对基于电池的海水淡化装置，锂离子电池和液流电池的数学建模。

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