人間の存在は水と切っても切れない関係にあり、地球上にはたくさんの水がありますが、人間が利用できる真水が哀れなのは残念です。人間が水不足に困惑したとき、淡水よりもはるかに豊富な海水に目を向けることは間違いありません。海水には 3.5% の塩化合物が含まれており、これらの化合物を水から低コストで除去する方法は常に化学者の目標でした。
現在、一般的に使用されている海水淡水化方法は次のとおりです。
蒸留。海水を加熱すると水が蒸気になり、それが凝縮します。海水に溶けている塩分は蒸気とともに出てこないので、出来上がった水は純水に近い蒸留水になります。ただし、加熱も結露もエネルギーを必要とします。 1グラムの水を蒸発させるのに2.3キロジュールのエネルギーが必要です。したがって、この方法は緊急事態を救うことはできますが、長期的な解決策ではありません。
イオン交換方式。水に溶けた塩は陽イオンと陰イオンの形で存在します。これらのイオンを除去するものがあれば、水も浄化されます。イオン交換樹脂にはこの機能があります。イオン交換樹脂は、網目構造を持った水不溶性の高分子材料です。それは多くの枝を持つ大きな木のようなもので、それぞれの枝にはポケットがあります。海水が通過すると、陽イオン交換樹脂の「ポケット」で陽イオンが水素イオンを交換し、陰イオン交換樹脂の「ポケット」で陰イオンが水酸化物イオンを交換して水になります。
しかし、イオン交換樹脂は一定期間使用すると飽和状態になりますが、どうすればイオン交換樹脂を継続して使用できるのでしょうか？イオン交換は可逆的であるため、酸と塩基でそれぞれ逆交換することにより、イオン交換樹脂を繰り返し使用することができます。しかし、イオン交換法は処理能力に限界があり、樹脂を「再生」するために大量の酸やアルカリを必要とし、海水淡水化に大量に使用するとコストがかかりすぎるため、現在は主にこの技術が主流となっています。水のさらなる浄化に使用されます。
逆浸透。浸潤は、自然界では非常に一般的な自然現象です。例えば、植物は水を吸収するために根の浸透に依存しており、浸透圧のバランスも人間の生命活動にとって非常に重要です。透過は、半透膜と呼ばれる物質によって達成されます。半透膜は水を自由に通過させますが、水中の他の化学物質は通過できません。
半透膜の左側が純水、右側が溶液の場合、純水側から半透膜を通過する水は溶液の右側の半透膜を通過する水よりもはるかに多くなります。 .これは、純水の飽和蒸気圧 (P0 ) は、溶液上の飽和蒸気圧 (P) よりも大きくなります。純水と上記の溶液が共に1.01×10Pa(1気圧)の圧力下にあるとき、水分子の運動の駆動力は飽和蒸気圧によって決まります。そこで純水側の液面が下がり、溶液側の液面が上がり、ある液面差が釣り合ったとき、これが浸透という現象です。植物の根の表皮は、このような半透膜です。
溶液を加圧すると、状況が逆転し、溶液の全圧が純水の大気圧より大きくなります。このとき、水分子が半透膜を通過する際の駆動力は、両サイドの圧力差によって決まります。圧力差が大きいほど、溶液中の水分が半透膜を通って純水に流れます。
逆浸透によって海水を真水にする方法は「膜技術」とも呼ばれます。その鍵となるのが半透膜です。この膜は、まず第一に処理プロセスが加圧されるため、一定の強度を持たなければなりません; 第二に、それは 100% 選択的でなければならず、水だけを通過させ、他の化学物質を通過させることはできません; 最後に、それはまた、比較的高い 準備プロセスを高速化するための大きなスループット。現在の半透膜の問題点は、高コストと短寿命です。処理液の濃度が高いほど膜の寿命は短くなります。この2つの問題が解決できれば、膜技術は最も有望な淡水化方法の1つになるでしょう。
