X射线同步加速器如何推动清洁水技术的发展

SLAC和帕德博恩大学的科学家们以新的观点认为，同步加速器的研究可以以其他方式无法实现的方式来改善水净化材料。

作者：NATHAN COLLINS

世界需要清洁的水，并且其需求只会在未来几十年内增长。然而，海水淡化和其他净水技术通常很昂贵，并且需要大量能量来运行，这使得在不断变暖的世界中为日益增长的人口提供更多洁净水变得更加困难。

（美国）能源部SLAC国家加速器实验室和德国帕德博恩大学（University of Paderborn University）的科学家认为，要向前迈进，研究人员应使用诸如X射线同步加速器提供的可用工具，以更好地测量涉及净化咸水或其他污染水的材料的性能。

SLAC的斯坦福同步加速器辐射光源的杰出科学家迈克尔·托尼说：“这实际上是该国-国家实验室，学术界和工业合作伙伴-推进与海水淡化相关的科学和其他清洁水技术的时机。”托尼（Toney）与SSRL科学家莎朗·波恩（Sharon Bone）和帕德博恩（Paderborn）教授汉斯·乔治·施泰因吕克（Hans-GeorgSteinrück）共同发表了一篇有关推进洁净水技术的新观点。

挑战是巨大的。在世界各地，数十亿人每年至少一个月都在努力寻找清洁的饮用水，并且预测表明，美国某些地区（包括在干旱中挣扎的加利福尼亚州）对水的需求到2050年左右将超过供应。

最重要的是，对水进行脱盐或其他清洁措施通常成本高昂且能源效率低下-并不清楚如何改进这些技术。

例如，在膜反渗透中，盐水在压力下流过膜，将清洁水通过膜推入淡水流，并在盐水流中保留盐，有机物和污染物。然而，研究人员并未详细了解造成这种过滤的物理和化学过程，或者反渗透的某些陷阱（例如结垢，膜上有机和无机物质的积聚）如何干扰该过滤过程。

Steinrück教授说：“正是这些系统的复杂性使其难以探测，这就是为什么同步加速器如此有价值的原因，因为它使我们能够探测到它。”

如果研究人员确实更好地了解了反渗透的工作原理以及如何使其结垢，那么他们将找到线索来改进流程并开发用于清洁水技术的新材料。例如，X射线光谱法可以揭示哪些分子最容易造成污染。 X射线散射实验和电子显微镜等成像方法可以使科学家和工程师更好地了解正在发生的事情。其他技术也是如此，例如电容电离，该技术最适用于低盐度或微咸的地下水，并且与尖端电池研究紧密相关。更重要的是，这种精细的理解可以使研究人员设计用于脱盐和减轻结垢的新材料。

这类研究还为科学家提供了一个机会，可以对日益紧迫的全球性问题产生更大的直接影响，这一因素促使Bone努力工作，以了解污染物和营养素如何在自然生态系统中循环，并与斯坦福大学的SLAC和化学工程师负责清洁水技术。 Bone和Toney与斯坦福大学化学工程专业的研究生Valerie Niemann和William Tarpeh教授合作，已经开始研究污垢如何在反渗透膜上积聚。

“我想加入这一努力，因为我认为这是直接开发一项可以应对气候变化影响的技术的机会，” Bone说。

原文链接：https://www6.slac.stanford.edu/news/2020-07-27-how-clean-water-technologies-could-get-boost-x-ray-synchrotrons.aspx

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