聚合物膜可以利用巨额外汇储备的“蓝色能量”从河口盐梯度

商业“蓝色能量”更近一步的发展一个新的离子交换膜,能大幅度提高能源效率的盐浓度梯度存在一条河与海的地方。这克服了膜性能僵局阻碍了这种可再生资源的发展,使用创建有序纳米结构的自组装聚合物离子过滤。

蓝色能量,也称为渗透能力,存在哪里有不同盐浓度和是一个尚未开发的可持续能源的来源。在1970年代,它是估计1.4至2.6太瓦的电能——接近世界的整个电力需求——这个时候可以生成这种能量是收获。从那时起,反向电渗析细胞已经发展势能转化为电能通过离子选择性运输的阴离子,cation-selective膜交替层细胞。

有两件事情将帮助您迅速产生大量的能量,”解释道奥兰多Coronell大学的膜研究员在美国北卡罗莱纳大学教堂山分校。膜应该有许多运输通道和离子应该能够通过那些途径快速而不是缓慢——这叫做电导率。只有阴离子,阳离子,应该通过anion-selective膜——这叫做选择通透性。“然而,平衡这些属性证明棘手:同时增加膜的电荷增加导电性,这也使得聚合物吸收水分,导致肿胀的毛孔和离子选择性的丧失。

为首的研究人员Longcheng高北京航空航天大学在中国正在调查这权衡和准备一个标准的共聚物膜,使用少量的带电分子卟啉发起一连串的反应。虽然团队将少量的卟啉启动程序合并,他们惊讶的不寻常的材料微观结构改变产生的。卟啉的应该是随机分布在聚合物基质中,“高解释道。但出人意料地形成跨膜螺旋通道。卟啉分子的组织安排来自π堆积,一个弱有吸引力的互动附近的π键。

与传统的膜的离子扩散通过开放渠道,这些跨膜卟啉螺旋运输阴离子通过协调机制,本质上是通过离子从分子分子通过膜。卟啉强大的亲和力,氯离子能提高膜的电导率,而卟啉含量低防止多余的水分的吸收,减少选择通透性。这样的安排导致了前所未有的增加到了原来的4倍的功率密度膜,对反向电渗析的效率提供了一个重要的推动作用。“我们发现离子交换组织是如何组织更重要的是比他们的高含量(或浓度),”解释了高。合成微观结构克服权衡。

“我认为这是一个有趣和重要方法,”评论Coronell。但有两个重要的需要为未来的研究:一,看看现实生活中的水的成分,看看他们如何影响膜的性能;第二,需要扩大膜。

中国队已经附加这些挑战和继续开发阴离子和cation-selective为反向电渗析应用膜。海水淡化、水净化、燃料电池。所有这些过程都面临着同样的瓶颈:selectivity-conductivity权衡,Gao说。“我们希望我们的策略将有助于设计新一代的离子交换膜在广泛的领域。