研究人员利用反渗透膜从水中去除盐分 将海水分解为燃料

新能源汽车讯 据外媒报道，宾夕法尼亚州立大学（Penn State）研究团队在海水电解槽新概念验证设计中应用净水技术，利用电流将水分子中的氢和氧分开。研究人员称，太阳能、风能和海洋的能量很快就会结合起来，生产清洁的氢燃料。

（图片来源：NSF）

据环境工程师Bruce Logan教授介绍，这种“海水分解”新方法，可以更轻松地将风能和太阳能转化为可存储的便携式燃料。Logan表示：“氢是一种很好的燃料，但必须制造。要做到这一点，唯一的可持续性方法是利用可再生能源和水来生产。你还需要使用人们不会用于其他用途的水，那就是海水。因此，生产氢的最佳方法是，将海水与周边环境中的风能和太阳能结合起来。”

尽管海水很丰富，但并不常用于水分解。除非在进入电解槽之前对其进行淡化（这一附加步骤的成本较高），否则海水中的氯离子会转化为有毒的氯气，从而使设备退化并影响周边环境。为了防止这种情况，研究人员使用一种薄的半透膜，取代电解槽中常用的离子交换膜。这种薄膜最初是为在反渗透处理过程中净化水而开发。Logan说：“反渗透的目的是要对水施以高压，然后将水推过膜，使氯离子留在后面。”

在电解槽中，海水不再被推过反渗透膜，而是被包含在膜内。两个浸没电极通过外部电源相连接，而两个电极附近发生的反应被这种膜分开。当电源打开时，水分子开始在负极分裂，释放出称为质子的微小氢离子，并产生氧气。然后，质子穿过薄膜，与正极上的电子结合形成氢气。

插入反渗透膜后，海水被留在正极侧，而氯离子太大，无法通过膜到达负极，从而避免产生氯气。但Logan指出，在水分解过程中，其他盐被故意溶解在水中，以帮助导电。离子交换膜通过电荷过滤离子，并允许盐离子通过。反渗透膜则不然。“反渗透膜阻止盐分移动，而电路中产生电流的唯一途径是，水中的带电离子在两个电极之间移动。”

由于反渗透膜限制较大离子移动，研究人员需要观察，是否有足够多的微小质子穿过孔隙，以保持较高的电流。Logan 说：“我们必须证明，当两个电极之间存在一层阻止盐离子来回移动的膜时，我们可以通过两个电极获得大量的电流。”

研究人员测试了两种市售反渗透膜以及两种阳离子交换膜，这种膜允许所有带正电荷离子在系统中移动。测试内容包括：膜对离子移动的抵抗力、完成反应所需的能量、氢气和氧气的产生，以及氯离子和膜退化的相互作用。与阳离子交换膜相比，一种反渗透膜表现不佳，而另一种反渗透膜表现优异。研究人员仍在探讨，为何这两种反渗透膜之间存在如此差异。Logan表示：“这个想法是可行的。只是我们不清楚为何这两种膜的功能如此不同，这一问题有待解决。”

研究人员将继续研究海水电解，并希望在减少全球二氧化碳排放方面发挥关键作用。Logan表示：“全世界都在寻找可再生氢。例如，沙特阿拉伯计划投资50亿美元，建造使用海水的氢设施。他们必须淡化水，也许可以使用这种方法。”