“細菌燃料電池海水淡化”不僅降低能源消耗且可發電
2014-05-11 19:21:23
admin
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據資源網2009年12月17日訊 一種裝置能夠凈化污水,同時能夠產生電能,并且會將海水或者咸水中的鹽份除去90%,這是來自美國和中國合作研究小組的*新成果。
用于飲用、清洗和工業用途的清潔水,在世界上的一些地區越來越成為稀缺資源。未來清潔水的獲得將會更加困難。世界上很多地區正在使用反滲透膜技術,或者電滲析技術來進行海水或者咸水的淡化,以生成清潔飲用水。反滲透膜技術是一種在高壓下,使水分子通過一種極細的薄膜,而鹽份卻被薄膜濾除的技術。電滲析技術是用電將水中的鹽離子從水中除去,該方法也使用一種薄膜技術。目前,這兩種方法都需要消耗很大的能量。
“海水淡化,不需要利用高壓或者電能也能實現,主要是使用一種有機物作為燃料,來對海水進行淡化?!痹撗芯繄蟾嬖诿绹摹董h境科學和技術》雜志上可以看到。“該項技術*大的成功之處在于,目前的海水淡化技術需要要消耗很多的電能,而使用微生物電池來淡化海水,我們不僅能夠得到淡化的海水,同時,在將有機物從污物中去除的過程中,我們能夠得到電能。”美國賓西法尼亞大學的布魯斯·龍格(Bruce Logan)教授說。
研究小組改進了一種細菌燃料電池,這是一種使用自然發生的細菌,將污水凈化為清潔水,并且產生電能的裝置,該裝置也能夠淡化海水或者咸水。
“我們的主要目的是為了展示,使用細菌我們能夠產生足夠的電流來進行海水或者咸水的淡化”龍格說:“然而,大約需要200毫升的人造污水,主要是乙酸水溶液,才能淡化3毫升的咸水或者海水,目前該系統還不能夠進行推廣,因為這種效率太低了,然而,這卻是人們在海水或者咸水淡化方面理念或者觀念方面的更新。”
一個典型的細菌燃料電池由兩個極區組成,一個極區充滿了污水或者其它營養物質,另一個極區則充滿了水,每一個極區都有一個電極,污水中自然產生的細菌會吞噬和消耗掉那些有機物,同時產生電能。
研究人員通過增加第三個極區,來對傳統的細菌燃料電池進行改造,就是在已經存在的兩極區之間加入一個極區,并且放置一種具有離子選擇功能的過濾膜,這種薄膜要么只允許陽離子通過,或者只允許陰離子通過,而不能讓兩種離子同時通過。這種薄膜置于中間那個極區的正負極之間,將要被淡化的海水或者咸水被置于中間那個極區。
海水中每升含有35克的鹽,而咸水每升中的含鹽量為5克,鹽不僅能夠溶解在水中,而且還能離解為陰離子和陽離子,當電池中的細菌從污水中呑噬和消耗有機廢物的時候,它會向水中釋放一種帶電離子,這是一種質子(即正電荷),這種正電荷不能通過選擇性過濾膜,所以陰離子必須從咸水海水極區向污水極區移動。在另一個電極,正電荷被消耗,所以帶正電荷的離子從咸水或者海水區域向電極區移動。在這個過程中,中間那個極區的海水或者咸水被逐漸淡化。
與傳統的細菌燃料電池相比,海水淡化電池釋放離子進入外層極區,這樣提高了電能產生的效率。
“當我們試圖使用細菌燃料電池也產生電能的時候,污水的傳導性能非常低”龍格說:“如果我們能夠進入鹽,情況就會大為改觀,其實我們根本不用去特意加鹽,因為海水或者咸水到處都有,我們可以利用這個過程來額外地淡化海水,凈化污水,并且將污水中的污物去除,將所得到的鹽份歸還到大海?!?BR> 由于水中的鹽份有助于電池產生電能,當中間極區的鹽份變得越來越小,溶液的電導度也會降低,海水淡化速度和電能的產生速度都會變小,這是為什么只能去除海水或者咸水中90%的鹽份,而不是全部去除的原因。然而,如果海水的鹽份去除90%,那么我們可以得到每升含鹽度為3.5克的咸水,這種水的咸度已經相當淡了,而人們可以接受的有咸味的水的含鹽度為每升0.5克。
目前,這種電池設計的一個問題在于,隨著一個電極正電荷的發生,和在另一極負電的消耗,極區逐漸變得越來越酸化或者堿化。當電池的水被釋放的時候,兩個極區的溶液如果能夠充分混合,將會產生中性的、帶有咸味的水,所以,當被凈化后的污水再被傾倒入咸水或者海水中的時候,電極區內產生的酸性或者堿性不會對環境產生影響。
在這個試驗中,研究者在某一時間段使用了pH緩沖來避免酸堿性問題,但是如果要生產很大數量的淡化水,這個問題還是需要考慮的。
沙特阿拉伯的阿卜杜拉國王大學(King Abdullah University of Science and Technology, Saudi Arabia)和中國科學技術部也參加和支持了這項研究。