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科技日?qǐng)?bào)合肥9月4日電 （記者吳長(zhǎng)鋒）4日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校應(yīng)用化學(xué)系徐銅文、楊正金團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種磺化的超微孔聚氧雜蒽基（SPX）離子膜，揭示了軟物質(zhì)限域下的離子傳遞特性，并利用膜內(nèi)亞納米的親水微孔實(shí)現(xiàn)了極高的離子選擇性，提高了鹽差能發(fā)電的效率。該膜材料的設(shè)計(jì)理念也將鹽差能發(fā)電的概念從海水—河水體系，拓展到無(wú)濃差鹽溶液甚至工業(yè)廢水體系。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。
存在于河水與海水之間的鹽差能是一種極具潛力的可再生能源。理論上，全球各河口區(qū)鹽差能總儲(chǔ)量高達(dá)30太瓦，可利用的有2.6太瓦。用于提取這種能量的方法主要有壓力延遲滲透技術(shù)（PRO）和反向電滲析技術(shù)（RED）。尤其是RED技術(shù)使用離子交換膜，直接將化學(xué)勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能，具有投資成本更低、能量密度更高等優(yōu)勢(shì)。
但是RED過(guò)程存在兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：一是缺乏能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率密度和高轉(zhuǎn)換效率的膜材料；二是鹽差能提取的概念僅限于具有明顯滲透壓差、鹽度差海水和河水的體系，從工業(yè)廢水等其他水源中提取能源的研究很少，急需開發(fā)出不受復(fù)雜鹽組成、溶液pH、溫度等影響的能量提取過(guò)程，實(shí)現(xiàn)多種形式的鹽差能提取。
基于上述兩大挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種磺化的超微孔聚合物膜SPX，用于提取儲(chǔ)存在不同濃度溶液中的滲透能。SPX膜具有大小為5—9埃的親水微孔，表現(xiàn)出受表面電荷控制的離子傳輸和優(yōu)異的陽(yáng)離子選擇性。在模擬海水和河水混合的情形下，能量轉(zhuǎn)換效率保持在38.5%以上。利用熱梯度和濃度梯度的協(xié)同作用，該鹽差能提取裝置的能量轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提高到48.7%，接近50%理論上限。這是目前為止在50倍氯化鈉梯度下報(bào)告的最高效率。
該研究也揭示了亞納米通道內(nèi)的尺寸篩分效應(yīng)，拓展了鹽差能發(fā)電的概念。基于SPX膜的鹽差能提取裝置在連續(xù)運(yùn)行模式下具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該研究成果將鹽差發(fā)電的概念拓展到擴(kuò)散發(fā)電，未來(lái)或可用于從工業(yè)廢水中提取能量。
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