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

通常，太陽(yáng)能的利用主要有兩種 —— 通過光伏過程將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，以及通過光熱過程將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能。與光伏過程不同，太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換技術(shù)使用光熱材料收集太陽(yáng)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(dòng)渦輪機(jī)等。這項(xiàng)太陽(yáng)能海水淡化裝置也使用了光熱過程。

據(jù)悉，這項(xiàng)高效率低成本的太陽(yáng)能海水淡化裝置的最主要部分是太陽(yáng)能吸收器，太陽(yáng)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(yáng)能。當(dāng)太陽(yáng)光照射氮氧化鈦層時(shí)，它會(huì)被迅速加熱并能使水汽化。然后，將這個(gè)裝置放到一個(gè)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(shí)就會(huì)冷凝，接著會(huì)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?yàn)樗兄^高的太陽(yáng)能吸收率、以及比較低的熱輻射率，即能在較少浪費(fèi)的條件下，以更高的效率將海水汽化，從而將太陽(yáng)能有效轉(zhuǎn)化為熱能。

正因此，氮氧化鈦受到了太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的青睞，許多商業(yè)太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(chǎng)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(yáng)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(yáng)吸收的熱量保留在漂浮在海水水庫(kù)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(yáng)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?cè)鴵?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(huì)降低海水汽化的效率。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，即使在淡化開始后很長(zhǎng)一段時(shí)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(kù)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(yáng)能海水淡化系統(tǒng)集成在太陽(yáng)能蒸餾器內(nèi)，在 1 次陽(yáng)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(jì)這種太陽(yáng)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(dú)特的特點(diǎn)，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(xiàng)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