编者按：中科院之声与中科院上海硅酸盐研究所联合开设“科学立方”栏目，介绍先进无机非金属材料的前世今生。我们将带你——了解晶格，挑战壁垒，寻找暗物质，探讨古今陶瓷；补缺，能级跳跃，织嫦娥外衣，谈琉璃。

地球——我们圆形、水蓝色的家是因为其表面积的 71% 被海洋覆盖，这使地球呈现出现在的样子。同时，海水储量约130×1.09亿吨，占地球水资源总量的97.4%。看这些数字，明明有这么多水，为什么还是很难用水？

图一？水资源示意图（图片来自网络）

事实上，海水的含盐量非常高。如果长期饮用，不仅喝了会口渴，还可能导致脱水和死亡。因此，严格来说，人类和非海洋生物只能分享地球总水资源的2.6%。而在剩下的为数不多的淡水资源中，大部分是难以利用的冰川水。但是，相对容易开发利用的河水、湖泊淡水和浅层地下水，往往受到水污染的影响。因此，真正可供我们日常生活使用的水资源是非常稀缺的。

那么面对巨大的海水资源，我们除了“叹息”还能做什么呢？答案是把海水中的盐分赶走，海水可以像淡水一样供我们使用。

在这方面，我们可以向海洋动物学习。人们不能直接靠咸水生活，但他们如何在海中游泳和生活？这是因为海龟和海鱼等海洋动物可以利用它们身体的半透性粘膜来淡化海水。它们身体的口腔膜、内腔膜和表皮膜等细胞膜都是“脱盐器”。他们喝完海水后，首先通过吸入在口中不断加压，压力差使一部分水穿透粘膜进入体内。大部分盐分在口腔内被阻滞，可随水通过鳃裂或排泄道排出体外。

图2？海鱼的水盐平衡（图片来自网络）

受此机制的启发，科学家开发出一种反渗透海水淡化装置。关键材料之一是具有物质选择性功能的半透膜。海水淡化使用的半透膜，允许水分子通过，但不允许离子（如Na+、Mg2+、Cl-等）或较大的分子（如葡萄糖、尿素等）通过。这样，海水在淡化的同时，也起到了净水的作用。

当半透膜两侧的水溶液浓度不同时，在浓度梯度的作用下，低浓度溶液中的水会自发地通过半透膜向一侧渗透高浓度溶液，即渗透过程。此时，两侧的液位开始产生高度差，液位差产生的压力会阻碍渗透过程的进行。当高浓度溶液一侧的液位不再上升，两侧的溶液达到渗透平衡时，此时高差产生的额外压力就是渗透压。

如果对海水施加大于渗透压的外压，海水中的水就会反方向通过渗透膜，而盐分会被半透膜阻挡而无法通过.通过这种反渗透过程，可以将脱盐后的海水收集在半透膜的另一侧。半透膜的脱盐率可达98%以上。我国第一个反渗透海水淡化工程于1985年1月16日在西沙群岛永兴岛建成，年产海水淡化水可达200??吨。

图三？渗透和反渗透原理（图片来自网络）

但是，如果您不幸漂流到海洋中一个无人居住的岛屿，那么科学家的设备对您来说似乎有点不切实际。这时候想喝淡水，也不是没有可能。早在四百多年前，欧洲航海家就用炉子烧开海水。当向上的水蒸气遇到较冷的盖子时，它会凝结成水滴并收集起来饮用。这是一种简单的蒸馏方法。

图4？简易蒸馏装置（图片来自网络）

如果你更倒霉，你在户外既没有火源也没有锅，你会不会在下辈子见到你？不要气馁！材料科学家的最新研究成果，将让孤独无助的漂流者走到尽头！

受稻草根茎的水分输送功能和蒸腾作用的启发，科学家们设计了一种基于整个生物质的太阳能蒸汽发生器：稻草下部的茎用作水泵，从岛上的土壤或海水中汲取水分并将其向上输送;利用碳化稻草和细菌纤维素的复合物制备出一种机械强度高的亲水性光热膜，在阳光的作用下可以蒸馏得到输送水。水稻是三大粮食作物之一。与其他谷类作物（小麦 510、玉米 370、高粱 320）相比，其蒸腾系数更高（~680），说明水稻具有优越的茎秆水分输送能力。稻秆的螺旋宏观结构和分层结构/纳米结构使其具有出色的抽水能力。在1kW·m-2光照下，全生物质太阳能蒸汽发生器可产生1.2kg·m-2h-1的净水效率。特别是水稻太阳能不受各种含水介质（如沙子、土壤和海水）的影响，收集蒸发性能稳定的清洁水。根据计算，该装置日净水量晴天为6.4-7.9 kg·m-2，阴天为4.6-5.6 kg·m-2。这种设计将“农业废弃物”转化为“生活养料”，充分体现了环境友好和资源再利用的优势。仅使用天然设备即可帮助您获得淡水，无需其他形式的能源，也不会产生二次污染。这样，您就可以在晒太阳的同时从容地喝新鲜蒸馏的淡水了！海岛度假不再是梦想！

文章来源：《硅酸盐通报》 网址: http://www.gsytb.cn/zonghexinwen/2021/0818/571.html

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