中國研究人員最近報告了一項新技術，該技術利用太陽能同時生產淡水並從海水中提取硼，這被認為是資源安全和可持續海水淡化的一項潛在突破。這一方法是在西北農林科技大學開發的，使用了一種特殊設計的複合膠，通過蒸發將水和硼向上抽取，同時捕捉這一元素，防止其逸散。硼是一種輕質元素，廣泛用於某些先進中國高超音速武器的超燃衝壓發動機中的固體燃料，也是釹鐵硼稀土磁鐵的關鍵組成部分，這些磁鐵在工業和軍事應用中使用廣泛。
雖然中國是全球對硼需求最大的國家，但並不是主要生產國，全球大部分供應來自土耳其和美國。海水中含有微量硼，但傳統的反滲透海水淡化技術無法去除硼，甚至可能會使其濃縮，若長期攝入可能對健康造成風險。
研究小組由陝西省經濟植物資源開發與利用重點實驗室的範志敏領導，開發了一種基於海藻酸鈉的複合膠MMS。在這種結構中，他們加入了MXene，這是一種具有石墨烯類特性的二維納米材料，以其高光熱效率而聞名，還有MgO，這是一種作為硼吸附劑的氧化鎂化合物。該膠被製成薄的2毫米片，其中一層漂浮在空氣-水界面以吸收陽光，另一層則浸在水中。
當陽光加熱MXene層時，水從表面蒸發，形成濃度梯度，持續將海水通過膠體向上抽取。接觸海水的下層同時吸收水分並捕捉硼離子，這得益於嵌入基質中的MgO。據團隊所述，這種配置創造了一種多場協同策略，結合了溫度、濃度和流體流動的影響，以增強硼的捕獲能力。
在一個太陽光強度相當於一個太陽的情況下，實驗室實驗顯示，MMS膠體達到了每平方米每小時2.14公斤的淡水蒸發率，並在九小時內積累了225.52毫克的硼。研究人員將這一性能歸因於膠體的多孔內部結構以及MXene和MgO的光熱和吸附能力的結合。他們報告稱，在7次重用循環後，硼的吸附能力保持在86%以上，蒸發效率幾乎沒有下降。
為了評估該系統在實驗室外的行為，研究人員在香港進行了一次戶外試驗。儘管研究描述了3月相對較弱的太陽輻射，但該裝置在運行三小時後仍能產生每平方米5.20公斤的淡水，並提取每平方米122.45毫克的硼，且在冷凝水中未檢測到硼離子。實驗還顯示，膠體結構能夠在保持性能的同時承受重複使用。
研究的摘要中，作者強調了以最小能量輸入同時從海水或鹽水中提取淡水和硼的潛力，這是一種有希望但尚未充分探索的策略，旨在應對水、能源和資源短缺的相互壓力。他們指出，回收的硼可以提高農業生產力，增強種子發芽率，並在控制試驗中顯著提高生物質。研究團隊認為，他們的MMS膠體具有在生產淡水和從海水/鹽水中提取硼方面的巨大潛力，但仍需討論成本和可擴展性，特別是在大規模應用方面。一旦進一步開發，這項技術可能為希望獲得安全硼的國家提供一條新路徑，同時改善海水淡化的安全性和可持續性。
