随着我国人口增长和经济发展,对水资源的需求日益增长,而可供利用的淡水资源却日益减少。我国人均水资源占有量仅为2220立方米,约为世界人均的1/4。海水淡化技术可以将海水转化为可饮用的淡水,有效增加水资源的供给,对缓解中国水资源短缺、保障用水安全具有重要意义。
有一群来自青岛科技大学材料科学与工程学院的学生抓住了时代的机遇,组成了“科莱瑞”双创团队,致力于海水淡化与环境保护。项目负责人沈薛恺睿表示:“因为了解到很多缺水地区人民生活的辛酸与不易,所以想为这些人们贡献自己的一份力量,让淡水不再是‘奢侈品’。”
一开始,团队成员走访调查了多家水处理公司。通过了解,他们意识到我国的海水淡化成本高,关键技术与国际先进水平仍有差距,以至于无法大规模生产。究竟如何降低成本便成了萦绕在他们心中的一大难题。在随后的半年时间里,团队多次学习并进行总结与讨论,最终确定了制约行业发展的痛点。准确的判断和对市场的科学分析让“科莱瑞”团队明确了项目方向,萌生了科技改良的想法。
之后,科莱瑞团队决定以电容去离子技术为切入点展开研究。在重复的测试中,他们发现该技术在实际应用中存在去离子速率低以及电极成本高两大问题。技术部经理夏建辉表示:“我们试图基于电极的工作理论进行创新以提升效率,降低成本;同时如果有一些能低成本代替超级电容活性炭的材料,那么将大大推动技术的商业化规模化应用。”
之后,他们经过不断实验,开发了全新的贯穿式赝电容技术,通过减小离子传递阻力以提高去离子的速率,并且做到无二次污染!实践证明新技术具有高度可行性以及创新性,实现了由科研阶段到应用生产的转化,使得脱盐速率提高了一个数量级。与反渗透技术海水淡化设备相比,可节约能耗成本60%。
电容去离子电极材料所需的超级电容活性炭材料由日本,美国等国垄断,价格高达50万元每吨。他们基于“取之于海,用之于海”的理念,在刘勇、袁勋教授的指导下,利用浒苔丰富的表面微孔和生物质本身的理想孔道结构,通过简单碳化、修饰策略将其转化为电极材料应用于电容海水淡化;利用该材料的赝电容兼具高电容量和快速离子转移的特性,实现了快速、高容量海水淡化。这使该技术迈出了从实验室到市场的重要一步。
青岛科技大学“科莱瑞”学生创业团队,利用自主知识产权的贯穿式赝电容技术以及浒苔生物质碳电极制备技术,首次提出了贯穿式电容去离子海水淡化工艺路线。实现海水淡化生产能耗约仅一千瓦时每吨,降低能耗成本60%,总淡化成本达到低于5元每吨的国际先进水平。同时将水利用率提高至85%,减少浓盐水排放60%以上。本项目为解决我国海水资源利用问题提供了一套极具潜力的解决方案,有效推动了海水淡化的规模化产业化运用。其商业应用价值同时体现在周边地区就业的推动以及企业的友好交流与合作,激发经济活力,形成社会创新创业的正向循环。
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