水是人類重要的資源，也是人類生存必不可缺的條件。地球上超過 70% 的面積都是海洋，擁有大量的水，但對于人類來說，地球水資源中的絕大多數(shù)都不能直接飲用，只有 2.5% 是人類可飲用的淡水資源。

對許多靠海卻淡水資源有限的地區(qū)來說，海水淡化技術(shù)十分重要。為解決全球水資源短缺問題，各國紛紛致力于開發(fā)新的先進(jìn)材料和技術(shù)，以提高海水甚至污染水的淡水質(zhì)量和產(chǎn)量。

目前的海水淡化技術(shù)主要有反滲透膜處理技術(shù)和真空淡化技術(shù)，但傳統(tǒng)凈水技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、能耗高、維護(hù)成本高，不易于實用化并走向普通百姓的生活中。降低海水淡化裝置的成本，以及減少海水淡化所消耗的能源，將給這些地區(qū)帶來巨大益處。

就在最近，中國科學(xué)家研發(fā)出一項海水淡化新技術(shù)，該技術(shù)使用太陽能，不僅清潔環(huán)保，而且在淡化效率很高的同時，還可讓淡化裝置保持較低成本，因此是一項十分有前景的新技術(shù)，相關(guān)成果已發(fā)表在《美國物理聯(lián)合會》上。

通常，太陽能的利用主要有兩種 —— 通過光伏過程將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，以及通過光熱過程將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能。與光伏過程不同，太陽能熱轉(zhuǎn)換技術(shù)使用光熱材料收集太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，已經(jīng)在許多重要工業(yè)過程中被使用，如供電和驅(qū)動渦輪機等。這項太陽能海水淡化裝置也使用了光熱過程。

據(jù)悉，這項高效率低成本的太陽能海水淡化裝置的最主要部分是太陽能吸收器，太陽能吸收器主要由三層構(gòu)成：最上層為氮氧化鈦層，中間是熱絕緣層，最底層則是氣墊紙層。

氮氧化鈦層的主要作用是要吸收太陽能。當(dāng)太陽光照射氮氧化鈦層時，它會被迅速加熱并能使水汽化。然后，將這個裝置放到一個帶有傾斜的石英屋頂?shù)耐该魅萜髦?，被汽化的水蒸氣在遇到石英屋頂時就會冷凝，接著會沿著傾斜的屋頂，流入透明容器中，直到容器中積滿可供人類飲用的淡水。

之所以選擇氮氧化鈦，是因為它有著較高的太陽能吸收率、以及比較低的熱輻射率，即能在較少浪費的條件下，以更高的效率將海水汽化，從而將太陽能有效轉(zhuǎn)化為熱能。

正因此，氮氧化鈦受到了太陽能產(chǎn)業(yè)的青睞，許多商業(yè)太陽能吸收涂層上都使用著該材料，比如我們經(jīng)常見到的太陽能熱水系統(tǒng)和光伏裝置中，都能看到它的身影。

在本次太陽能海水淡化裝置中，氮氧化鈦涂層是通過磁控濺射的制造技術(shù)生產(chǎn)出來的，據(jù)了解磁控濺射是一種物理氣相沉積的制造方法。

在磁場中，帶電的氮氧化鈦離子被吸引并沉積到高孔隙紙上。之所以選擇高孔隙紙，是為了讓太陽能吸收器可以漂浮在海水上，這種高孔隙紙由木纖維制造，還被用于一次性紙尿布中。

中間的隔熱層是由聚乙烯泡沫制成的，這一層中有許多充滿空氣的孔隙，這些孔隙的作用是捕獲熱量，從而把從太陽吸收的熱量保留在漂浮在海水水庫的頂部裝置中，這樣就能盡量減少熱量散發(fā)到周圍海水。

而最底層的氣墊紙層是太陽能吸收器的基材，多孔氣墊紙可以重復(fù)回收和使用 30 次以上。

科學(xué)家們曾擔(dān)心當(dāng)隨著海水淡化的不斷進(jìn)行，沉淀在氮氧化鈦層上的鹽分可能會降低海水汽化的效率。但實驗結(jié)果顯示，即使在淡化開始后很長一段時間，氮氧化鈦層的表面也并未形成鹽層。

科學(xué)家們的猜想是，中間層的的多孔隔熱層可能吸走了可能在表面形成的鹽分，進(jìn)而將鹽分送回了海水庫中。

一般來說，每升海水中有超過 75000 毫克的鹽，而每 1 升普通飲用水中則有約 200 毫克鹽分。這套海水淡化裝置，能將海水鹽度降低到 2 毫克鹽 / 升水以下，這意味著可達(dá)到人體飲用標(biāo)準(zhǔn)。

總而言之，本文介紹的太陽能海水淡化系統(tǒng)集成在太陽能蒸餾器內(nèi)，在 1 次陽光照射下可產(chǎn)生 46% 的可飲用淡水，并能避免鹽分濃縮。

預(yù)計這種太陽能海水淡化裝置可用于海上或孤島上的生存，從充足的海水源收集淡水。其獨特的特點，如成本低、脫鹽效率高、防污，為解決淡水短缺問題提供了潛力。期待這項技術(shù)在不久的將來，在解決水資源短缺地區(qū)的用水問題中發(fā)揮巨大作用。

編輯：jq