新方法将海水转化为饮用水，无废物产生

一种新型海水淡化方法无需化学添加剂即可从海水中生产饮用水。这个太阳能系统使用经过特殊设计的黑金属来吸收阳光。其自清洁表面分离并收集盐分，而不是将其作为有害盐水排放。从这些盐分中，系统可以提取锂，这是可充电电池的关键材料。该方法有助于解决全球水资源短缺和日益增长的矿物需求。

联合国估计有22亿人缺乏安全管理的饮用水，从加州到中东的社区都依赖海水淡化厂将海水转化为淡水。常见的海水淡化技术，如反渗透和热蒸馏，能耗高，需要预处理和后处理，并留下称为盐水的浓缩盐水副产品。当盐水被排放回海洋时，会通过提高盐度并降低水中的氧气来严重破坏海洋生物。

但罗切斯特大学开发的一种新方法提供了一种克服这些缺点的途径。罗切斯特大学光学研究所的研究人员开发了一种新的太阳能热海水淡化工艺，以节能的方式生产淡水，不会留下盐水，也不需要化学添加剂来预处理水。由光学与物理学教授、罗切斯特大学激光能量学实验室高级科学家郭春雷领导的团队，在《光：科学与应用》上发表的论文中描述了他们的方法。

该技术使用由飞秒激光蚀刻的黑金属制成的太阳能板，使表面具有超强吸光性和超亲水性——即对水极具吸引力。这些面板有一个激光处理过的活性区域，该区域将一层薄水拉过表面，吸收几乎所有太阳辐射，蒸馏水，并将剩余的盐分和矿物质沉积到面板未处理的侧面或“被动”区域，这样盐就不会堵塞活性区域并中断连续的海水淡化。

利用“咖啡环”效应 郭表示，其他研究人员已经开发出太阳能热海水淡化技术，在使用仅由水和氯化钠组成的人造海水的实验室实验中效果良好。当水蒸发时，氯化钠以颗粒状和多孔的方式结晶，允许水通过溶解盐。与此同时，太阳能板易于清洁。但真实的海洋具有更复杂的成分，这些系统在现场测试时往往会遇到问题。与氯化钠不同，海水中的许多其他成分，如镁基和钙基材料，会在太阳能板表面以硬壳状和无孔的方式结晶，从而堵塞表面。最终，水无法再渗透。这与淋浴头随着时间的推移堵塞或茶壶结垢的现象相同，只不过海水中的盐含量比自来水高数百倍。

“从地球开采锂已被证明在能源和环境方面非常费力，因此直接从盐水中提取锂可能是一个非常重要的未来途径。”

为了防止太阳能板表面同样堵塞，郭的团队精确蚀刻了黑金属的沟槽，使得海水中的各种盐分和矿物质能够轻易滑落。他们还利用了一个几世纪以来一直困扰着笨拙咖啡爱好者的物理现象：咖啡环效应。“如果你把咖啡滴在表面上，最终水蒸发后，在边缘会留下一个由浓缩咖啡颗粒组成的环，”郭说。“我们利用相同的原理将盐分推向被动区域。”

在使用太平洋、大西洋和印度洋水样测试他们的太阳能热海水淡化技术时，郭和他的团队成功使表面自清洁。换句话说，它提取了淡水，并将剩余的盐分引导到被动区域，在那里可以稍后收集，而不会降低面板的效率。

变废为宝 这种新海水淡化方法的一个显著优势是，它不会留下需要处理或加工的盐水，而是以固体形式提取几乎100%的盐分。这不仅可能产生丰富的食盐，还可以用于提取更珍贵的矿物，包括用于锂离子电池的锂，这些电池为电动汽车和其他电子设备提供动力。

在《材料化学杂志A》的一篇相关论文中，郭和他的同事展示了他们如何使用相同的超亲水太阳能板在海水淡化过程中将锂与其他盐分分离。在黑金属表面的微小沟槽中嵌入由钛酸氢盐制成的纳米粒子，可以将锂与其他盐分和矿物质隔离开。

“从地球开采锂已被证明在能源和环境方面非常费力，因此直接从盐水中提取锂可能是一个非常重要的未来途径，”郭说。使用大盐湖的水样，研究人员从海水淡化过程留下的盐分中提取了约50%的锂。

郭表示，既然超亲水海水淡化技术已在小规模设备上得到概念验证，他认为该技术具有固有的可扩展性，能够改善全球获取饮用水的途径，并为珍贵矿物建立更可持续的供应链。

这项研究得到了美国国家科学基金会、比尔及梅琳达·盖茨基金会和世界大学网络的支持。