简单、廉价、便携：一个可提供无过滤器的脱盐系统

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M. SCOTT BRAUER

据了解，麻省理工学院（MIT）的研究人员开发了一种手提箱大小的装置原型，可以将海水转化为安全饮用水。

根据国际海水淡化协会（International Desalination Association）的数据，目前全世界有3亿多人从海水中获得饮用水。随着气候变化加剧了全球缺水的情况，海水淡化正在试图弥补这一问题。但是，尽管商业海水淡化厂的设计是为了满足大规模需求，但也需要便携式系统，以便在灾难发生后携带到偏远地区或作为市政供水工程的替代品。

麻省理工学院的一组科学家开发了这样一种便携式海水淡化装置；它的大小相当于一个中型旅行箱，重量不到10公斤。该装置便捷的一键操作不需要任何技术知识。更重要的是，它有一个完全无过滤器的设计。与现有的基于反渗透的便携式海水淡化系统不同，麻省理工学院团队的原型不需要任何高压泵或技术人员的维护。

麻省理工学院的研究人员在一篇题为“Portable Seawater Desalination System for Generating Drinkable Water in Remote Locations”的论文中描述了他们的发明。该论文发表在美国化学学会近日出版的《环境科学与技术》在线版上。

该装置每小时生产0.3升饮用水，同时消耗9瓦时的能源。工厂规模的反渗透水处理操作可能是能源效率的三到四倍，并且以更快的速度产生更多的淡水，但研究人员表示，在重量和大小方面的权衡使得他们的发明成为新的海水淡化领域的第一个也是唯一一个进入者。

该装置最显著的特点是其未经过滤的设计。电气和生物工程师、该研究报告的主要作者Jongyoon Han解释说，过滤器是一种屏障，可以捕捉水中不想要的杂质。“我们不使用它是因为它总是会堵塞，然后你就需要经常更换。””这使得传统的便携式系统对普通人的使用来说增加了挑战性。相反，研究人员使用离子浓度极化（ICP）和电渗析（ED）方法将盐从水中分离出来。

“我们不是过滤，而是将污染物[在这种情况下是盐]从水中移开，”Han说。他补充道，这种便携式装置很好地证明了ICP脱盐技术的有效性。这与其他技术有很大不同，因为我可以同时去除大颗粒和固体。

M. SCOTT BRAUER

ICP使用离子选择膜，当施加阳离子或阴离子电流时，允许一种离子通过。“如果这些膜只能转移阳离子，那么阴离子呢？”Han问，“阴离子在膜附近消失，因此，[结果是，膜附近有一个区域]是无盐的。”无盐地区是收获淡水的地方。

“我们这项技术的独特之处在于，我们找到了一种方法，可以在一个过程中分离……各种各样的污染物[从水中]，”Han说，“所以我们可以直接将海水变成饮用水。”

一升饮用水的转换需要40升海水。Han实验室的研究员Junghyo Yoon说，这2.5%的回收率似乎是很高的环境成本。但Yoon提醒我们，海水是一种无限的资源，所以低回收率不是一个重大问题。

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麻省理工学院小组的设备是一个现成的系统；你只需给它通电，将它连接到盐水源，即可等待饮用水了。Han表示：“这个盒子里有电池，就像一个典型的笔记本电脑电池，在60到100瓦之间。我们认为它可以运行大约一天左右。”而太阳能电池板是另一种选择，尤其是在灾害地区，那里可能没有可用的电源。

Yoon指出，该组织论文中报告的结果已经有一年了。“自从我们记录了论文中列出的结果以来，我们已经成功地将海水淡化率提高到每小时1升[淡水]，”他报告道，“我们正在努力将实际应用的速度提高到每小时10升。”他希望在今年年底前获得足够的投资，以便采取下一步发展 —— 走向商业化。Yoon说：“我们预计，到2023年底，我们将有第一个原型可用于beta测试。[我们预计]成本将为1500美元。”

这一价格将远低于目前市场上的便携式海水淡化系统，目前的大多数型号产品采用了反渗透过滤，价格约为5000美元。“尽管它们的流量更大，产生的清洁水也更多，因为它们的体积更大，但对于用户来说不够便捷，”Han说，“我们的系统要小得多，耗电也少得多。我们的目标是以一种非常方便用户的方式生产足够的水，以满足救灾的特殊需要。”

除了流量之外，Han目前对设备的能耗也不满意。“我们认为这实际上还没有达到最佳状态，”他说，“虽然[能源效率]已经足够好了，但通过优化[流程]能够使其变得更好。”