中國科研人員近日利用太陽光、海水和納米材料，研制出一種可以從海水中提取硼的裝置，未來或可用于高超音速武器燃料。

中國研究人員報告稱，他們研制出了一種新型太陽能驅(qū)動技術(shù)，可以同時生產(chǎn)淡水和從海水中提取硼。這一技術(shù)對于資源安全和可持續(xù)海水淡化而言是一項潛在突破。這一由西北農(nóng)林科技大學(xué)研發(fā)的方法用到一種特制的復(fù)合凝膠，該凝膠可以通過蒸發(fā)向上抽取水和硼，同時捕捉其中的硼元素。

硼是一種關(guān)鍵的輕質(zhì)元素，用于中國某些先進(jìn)的高超音速武器中的超燃沖壓發(fā)動機的固體燃料。硼也是釹鐵硼稀土永磁材料的關(guān)鍵成分，廣泛用于工業(yè)和軍事領(lǐng)域。盡管中國是世界上最大的硼需求國，但并非硼生產(chǎn)大國。中國大部分全球硼供應(yīng)來自土耳其和美國。海水含有微量硼，但傳統(tǒng)的反滲透海水淡化法無法去除硼，甚至可能濃縮硼，如果長期飲用將構(gòu)成健康風(fēng)險。

據(jù)報道，陜西省經(jīng)濟(jì)植物資源開發(fā)利用重點實驗室的范志敏帶領(lǐng)研究團(tuán)隊研發(fā)了一種基于海藻酸鈉的復(fù)合凝膠MMS。研究人員在這一結(jié)構(gòu)中引入了一種具有類石墨烯屬性的二維納米材料MXene和一種氧化鎂化合物。MXene具有較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，而氧化鎂可以吸附硼。該凝膠被制作成2毫米厚的薄片，一層漂浮在水氣界面吸收陽光，另一層則浸在水面以下。陽光加熱MXene層后，水分從表面蒸發(fā)，形成濃度梯度，使得海水不斷被向上抽吸到凝膠中。

而下層的氧化鎂從海水中吸收水分的同時吸附了硼離子。研究團(tuán)隊表示，這一結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了一種"多場協(xié)同策略"，將溫度、濃度和流體流動的效應(yīng)整合起來，以提高硼捕獲率。實驗室實驗表明，在太陽光照條件下，MMS凝膠每平方米每小時能獲得2.14公斤的淡水，9小時能收集到225.52毫克的硼。研究人員將這一性能歸因于凝膠內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)以及MXene和MgO組合后的光熱及吸附能力。研究人員報告稱，該凝膠重復(fù)使用7次后硼吸附能力仍在86%以上，蒸發(fā)效率幾乎未下降。發(fā)表在11月7日《科學(xué)通報》期刊上的這一新研究概述了一項技術(shù)，該技術(shù)不僅能從海水中提取硼，還能防止硼進(jìn)入純凈水中。

為了評估該系統(tǒng)在實驗室之外的表現(xiàn)，研究人員在香港進(jìn)行了一項戶外試驗。盡管研究描述了3月份太陽輻射相對較弱，但該設(shè)備每平方米三小時內(nèi)仍生產(chǎn)了5.20公斤淡水，并提取了122.45毫克硼。在冷凝水中沒有檢測到硼離子。該實驗還表明，凝膠結(jié)構(gòu)在保持性能的同時可以承受重復(fù)使用。

在研究的摘要中，作者強調(diào)稱，"以最少的能量輸入從海水或鹽水中同時提取淡水和硼，為解決水、能源和資源短缺相互關(guān)聯(lián)的壓力提供了一種很有前景但尚未得到充分探索的策略"。他們指出，回收的硼可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，增加種子發(fā)芽率，并顯著增加受控試驗中的生物量。

范志敏及其同事總結(jié)稱，他們研制的MMS凝膠"展現(xiàn)出同時生產(chǎn)淡水和從海水/鹽水中提取硼的巨大潛力"，同時指出仍需要討論"成本及可擴(kuò)展性，特別是大規(guī)模應(yīng)用的成本及可擴(kuò)展性"。這一技術(shù)一旦得到進(jìn)一步發(fā)展，就能為尋求獲取硼資源安全渠道、提高海水淡化安全性和可持續(xù)性的國家提供一條新途徑。

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