理論模型預測硼離子行為 助改善海水化淡技術效能

在水資源缺乏的國家,將海水轉化為淡水非常重要。在過程中,必須從海水中去除某些帶電離子。然而,一些離子由於其化學性質而難以從海水中去除。最新刊於 《美國國家科學院期刊 (PNAS) 》的研究則指,能預測水處理過程中難以去除的硼 (Boron) 離子的行為,從而簡化其去除過程。

海水、微鹹水或淡水中的許多有害或有價值的離子是兩性 (amphoteric) 的,即特性可隨酸鹼值 (pH) 而變化。荷蘭瓦赫寧根大學暨研究中心環境技術系助理教授 Jouke Dykstra 指,使用標準濾膜技術很難從水中去除這些離子,所以必須添加某些化學品來控制 pH 值。不過團隊希望盡可能避免這種情況,因此開始研發新的方法過濾出這些離子。

地中海周邊許多國家都使用淡化海水進行灌溉,但海水中有硼,在高濃度下是有毒並會抑制植物生長。由於許多地區更頻繁地出現乾旱,海水淡化變得越來越重要。 Dykstra 進一步解釋,不僅在地中海和中東,在荷蘭也需要新技術來繼續滿足對淡水的需求。

Dykstra 的團隊與以色列理工學院和歐洲可持續水技術卓越中心(Wetsus)合作,共同開發了一種新的硼在電容去離子化(capacitive de-ionization)過程行為的理論模型。電容去離子化是一種新興的無膜過濾技術,利用微孔流通電極進行水處理和脫鹽。當電流出現時,離子會被吸附到電極上從海水中去除。

團隊則透過模型發現,此類電容去離子化系統需要全新的設計,並在理論上和實驗上都證明了水必須從正極流向負極,而不是像現在習慣的以相反電極運作。

Dykstra 總結時指研究表明,一個好的理論模型對於有效控制這種複雜的化學過程是關鍵。模型亦提供了許多有趣的可能性,例如分析應對廢水處理中包括去除砷或有機小分子,如藥物殘留或除草劑的其他挑戰。

來源:
Phys.org, A new way to remove troublesome ions from water, 5 October 2021

報告:
Shocron, A.N., Guyes, E.N., Rijnaarts, H.H.M. & et al. (2021). Electrochemical removal of amphoteric ions. PNAS October 5, 2021 118 (40) e2108240118. doi: 10.1073/pnas.2108240118

文/Alan Chiu

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