淨化海水30分鐘就能喝?這項研究或解決全球飲水危機

（原標題：淨化海水30分鐘後就能喝？中澳科學家這項研究，或將解決全球飲用水危機）

乾淨的飲用水是人類賴以生存的重要資源。然而，全球超過20億人喝不到乾淨水，因此面臨着感染致死性疾病的風險。據WHO顯示，隨着氣候危機加劇，到2025年全球一半的人口將生活在水資源緊張的地區。

現在有了一種最新的淨水技術：將一個乒乓球一樣的材料放進一桶水中晃一晃，就能吸進水中的鹽分及其他雜質，淨化出安全可飲用的水。再放一些乾淨的水，把它放在太陽底下曬幾分鐘、晃一晃，就能再次用於淨水。

這就是《自然·可持續發展》（Nature Sustainability）雜誌8月10日發表的最新研究。該研究由澳大利亞蒙納士大學教授王煥庭帶領團隊研發而成，而研究的第一作者爲廈門大學環境與生態學院副教授、博導區然雯。這是一種光敏MOF材料PSP-MIL-53，通過吸附的方法，可在30分鐘內將海水淡化爲安全、乾淨的飲用水，將有望在水資源短缺地區解決安全飲用水問題，極大造福人類。

近日，紅星新聞記者聯繫上了王煥庭教授，他介紹了這種材料用於淨水的諸多優勢，並具備在其他領域的應用潛能。

淨化的水比WHO建議標準還乾淨

MOF是一種多孔材料，其單位表面積超過所有已知材料。僅一茶匙體積的MOF材料表面積，就相當於一個足球場那麼大。而MIL-53則是一種特殊的MOF，再加入聚螺吡喃丙烯酸酯（PSP）後，就成爲這種名爲PSP-MIL-53的光敏MOF材料。

▲該研究的第一作者、廈門大學環境與生態學院副教授、博導區然雯，王煥庭教授供圖

每千克光敏MOF材料可持續淨化出40加侖（約151升）飲用水，其水質甚至比WHO建議的優質飲用水標準還要乾淨，實現低於百萬分之500（500ppm）的溶解性總固體（TDS）。據WHO建議，優質飲用水的溶解性總固體應該低於百萬分之600（600ppm）。

上述光敏MOF材料的又一大優勢是，可循環再利用。王煥庭告訴紅星新聞記者，在中午太陽光最強時，4分鐘的光照就可實現洗出吸附的鹽分，使之可以循環再利用。而且，洗出鹽分並非必須依賴太陽光。王煥庭團隊使用實驗室燈光也可將其洗淨，只是耗時稍長，約30分鐘至1小時。

這種材料是如何設計出來的？“先有應用，然後纔有意識地設計了這種材料。”王煥庭告訴記者，他一直在研究膜材料和納米材料在不同領域的應用，對水的相關研究也做了很多年。

早在兩年前（2018年），王煥庭和其團隊曾設計了一種溫度敏感的多孔材料來吸附鹽分，再用熱水將鹽分洗出來，以便重複使用材料。而這一次的突破性研究則是將光響應的高分子材料裝進多孔材料，實現用光來洗出鹽分。因此，王煥庭表示，這次的研究成果是“組裏這麼多年積累的結果，是一種水到渠成。”

材料高效、節能且可持續

過去幾十年來，科學家們一直致力於解決人類的安全飲用水問題，也成功研發了一些有效的淨水方式，但這些方式卻因能耗問題而難以在一些缺乏穩定供電的地區推廣。

海水和鹽水的淡化及淨化是獲得乾淨淡水的方式之一。據王煥庭介紹，目前海水淡化或低濃度鹽水淡化的大規模應用主要是通過兩種方法，即反滲透膜及熱法脫鹽。其中，使用反滲透膜的方法存在能耗大、不環保和成本高的問題。這種把海水變成淡水的方法非常耗電，而且只能獲得40%的淡水。從效率上來講，當鹽的濃度越來越高的時候，脫鹽的能耗就越大。因此，剩下的60%濃鹽水又被重新放回大海。如果濃鹽水的分散放回做得不好，周圍的海水濃度就會提高，影響周圍海洋生物的生長。

▲在黑暗及光照條件下，材料的吸附及洗出,圖據inverse

此外，這種淨水方式需要大規模的設備，建廠成本很高。墨爾本一個此類的海水淡化工廠投資高達334億澳元，而這種涉及大規模設備的淨水方式還需要後期投入高昂的維護費用。

工業上另一個大規模應用的熱法脫鹽法，也能耗巨大。

與這些方法相較而言，使用光敏MOF材料淨水“不需要設備，不耗能，維護成本低。” 王煥庭指出，如果這個材料能真正地產業化，就可以解決部分人口的用水問題。

具備其他領域的應用潛能

據瞭解，這項研究成果一經發布就引發了多方關注。王煥庭告訴紅星新聞記者，沙特及其他幾個國家已經聯繫了團隊，一些邊遠地區有飲用水問題的人也紛紛前來諮詢。王煥庭團隊近日還收到美國一個小島的居民來信，諮詢這種材料什麼時候能進入市場，讓顧客得以購買。

不過，從實驗室的一個原理性實驗到工業上應用的產品，這中間還需要一個過程。王煥庭表示，目前已申請了專利，下一步要做的是——材料在不同環境中應用的穩定性、耐久性測試。

新材料在實際應用中還有很多具體問題，比如，用於淨化的是什麼樣的水，水裏除了鹽分，是否有別的雜質。而這些雜質對這種材料的性能是否有影響。王煥庭估計，“問題應該不是很大”，但還是需要以科學研究得出結論。

此外，這種光敏MOF材料吸附“鹽分”只是一種廣義的說法，它實際具備對離子的吸附能力。水裏如汞、銅等一些對人體不好的元素也是以離子的形式存在，從原理上來說也能被它吸收，只是還沒有測試出究竟能吸多少。

值得關注的是，一種材料進行大規模應用還需考量如何做才能更便宜，其成本市場能否接受。因此，總體來講，光敏MOF材料距離應用還有一定的距離。

除了淨水，這種材料在採礦和其他領域也具備應用潛能。王煥庭向紅星新聞記者透露，對材料做一些改進，實現對某一種離子的選擇性吸附，就可以將其應用在其他領域。如在礦業中，可以使用MOF材料以吸附的方法提取出鋰。礦業中現有的一些吸附劑在吸附完之後需要用化學品洗出鋰，而這個過程會導致二次污染。如果光敏或熱敏MOF材料進行吸附，其洗出過程不使用化學品，具備很大的環保價值，成本也更低。