海水淡化

来源:互联网发布时间:2010-01-10

多少年来,科学家们一直在研究海水淡化的新方法。可是由于这种技术太难,所以进展缓慢。直到70年代末才取得重大的突破,美国杜邦公司研制成功了中空纤维海水淡化器。这种淡化器直径20米,长2.5米,里面装有5万多根外径只有0.5~1.2毫米的中空纤维。只要加上20多千克的压力,每小时就可以从海水中生产出36吨淡水。目前,全世界采用这种技术生产淡水的装置容量达每天140~160万立方米。其中三个最大的装置(日产淡水1~2 万立方米),分别建在沙特阿拉伯吉特市、美国加利福尼亚州的基佛斯特和马耳他。中空纤维是怎样把又苦又咸的海水变成清沏甘泉的呢?我们知道,如果将一张半透膜隔于纯水和海水之间,那纯水就会穿过半透膜渗到海水中去。但是,如果给海水加以一定的压力(大于水的渗透压),海水中的水分子就会通过半透膜到纯水中来叫反渗透。自从1884年,英国制成第一台反渗透海水淡化器以来,这种方法便引起人们的极大兴趣。特别是海上航行的舰船,带上这种淡化器以后,续航行时间长多了。但是,那时所用的是单层平板膜,面积小,强度低,效率不高。倘若使淡化膜能承受较高的压力,只好增加厚度。可是这样一来,纯水的透过速度太慢了。到了本世纪60年代,美国的罗尔等创造性地提出了“非对称膜”的构想,即膜的组成和结构都是非均匀的。它分上下两层,上层很薄,分子之间的孔洞非常均匀,水分子极易通过,起“过水截盐”作用,下层则很疏松、很厚、抗强度高,主要起支撑作用。
     作上层的通常有氰乙基醋酸纤维素等,作下层的有聚芳砜等。化学家们用这种非对称膜(也叫复合膜),可以做成平板式、卷曲式和中空纤维式的新型反渗透海水淡化器。其中以中空纤维式效率最高。因为在1立方米的淡化室中,中空纤维的表面积最大,达1.5~2.0万平方米。而曲卷式的只有1000平方米,平板式的仅有300多平方米。这样,中空纤维海水淡化器成为海水淡化技术中的佼佼者。现在,淡水紧张的城市越来越多。到下个世纪,淡水资源不足,将成为许多国家严重的社会问题,就连美国也不得不考虑在墨西哥湾一带建设日产400万吨的淡化厂,并计划在90年代后期,全美具有日产淡水11000万吨(人均0.5吨)的能力。到下个世纪,人类将在海上造船定居或在海下长期居住。我国和中东及非洲一些国家,将大力开发宝藏丰富但干旱缺水的国土。这样,除了海水淡化问题之外,还有苦咸水淡化和工业及生活用水的净水等问题。因而,这种中空纤维式的水质纯化技术,到时可大放光彩。这种非对称膜虽然很致密,但有时难免有微小的孔穴和结构上的缺陷。这样,对于分子个体较小的气体来说,就极易造成“短路”,起不到分离作用。1975年,美国化学家爱尼斯巧妙地在非对称膜的上(内)层,再覆盖上一层渗透速度很快而无分离作用的有机物,如有机硅等,将所有微孔堵死。这样,便诞生了中空纤维气体分离器的新技术。现在,载人宇宙飞船、潜艇等,用这种气体分离器进行二氧化碳和氧气的分离,从而实现密封系统内的氧气供应。

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