露娜在利用太阳能净化水

淡水供应被认为是一个具有战略意义的全球性问题，由于人口增长和工农业需求等因素，淡水需求不断增加。许多传统技术，如反渗透（RO）在拥有基础设施和财富的老牌社区运行良好，但对于贫穷或偏远社区或传统基础设施中断时（如发生自然灾害时）并不划算。即使采用反渗透等技术，也迫切需要降低大规模海水淡化的成本。

海水淡化是生产饮用水以补充对已经超负荷的淡水资源日益增长的需求的技术上最可靠和可持续的方式。全球海水淡化能力超过8680万立方米^三/天[1]预计将达到1.8亿米左右^三/2024年和2.8亿^三/到2030年。[2]市场以反渗透为主，由于其高压操作（≥35巴）要求其利用电力和昂贵的高压额定泵、管道和膜组件，不太适合孤立的贫困环境。[3]

膜蒸馏（MD）是一种新兴的热膜分离技术。驱动力是通过疏水性大孔膜的蒸汽压差，导致蒸汽从进料侧流向渗透侧，在渗透侧冷凝。因为只有蒸汽可以渗透，非挥发性成分，如在进水中存在的盐几乎100%拒绝。此外，MD可能是一种有前途的替代品或至少是RO的补充物，不受渗透现象的限制，并且具有在高于85%的回收率下产生脱盐水的潜力。然而，目前的MD技术仍存在能耗高、产水率低的问题，部分原因是由于温度极化、盐水排放造成的热损失以及膜组件的进料温度下降。MD广泛商业化的一大障碍是膜污染和降解。

Luna正在开发和演示第三种基于MD的脱盐工艺——纳米光子学增强的直接太阳能膜蒸馏（图1）。我们新颖的绿色太阳能海水淡化工艺，完全由太阳能驱动，能耗低，海水淡化能力强。

Luna的纳米光子技术是帮助解决当前MD挑战的独特方法。Luna将各种纳米系统与市售的低成本聚合物相结合，在现有的市售MD膜基底上形成纳米增强MD膜。然后可以将其装在一个非常简单、低成本的塑料模块中，从海水、微咸水、污水/工业废水和受污染的或其他不可饮用的水源中产生纯净水。在这种紧凑的设计中，高效的溶剂热对流材料被集成到MD模块中以消除温度极化。将涂有我们专有纳米系统的平板膜放置在一个带有透明窗口的模块中，在太阳辐射下，热水通量直接产生于局部膜表面。与传统的MD不同，在MD中，蒸汽产生的驱动力（温差）在模块长度上减小，从而导致长而密集的MD模块中的产水量显著降低，Luna的工艺成功地克服了这一缺点。在实验室演示中，我们的纳米光脱盐工艺能够在零外部能源消耗的情况下获得<175 ppm TDS（总溶解固体）淡水产量，这是饮用水500 ppm最大TDS限值的<35%。[1]

Luna的纳米光子脱盐技术使用廉价的膜，这种膜已经针对MD工艺进行了优化。由于其低压要求，膜壳也不贵，与RO相反。膜壳具有化学稳定性和惰性、热稳定性和耐久性，并适应各种环境/条件。我们的一体化太阳能MD系统在大多数情况下不需要单独的热箱、太阳能电池、膜壳或泵。

同样的使能技术也可用于制造比饮用水更高纯度的水，例如用于各种医疗应用。这是由于多种因素的综合作用，包括几乎完全拒绝非挥发性成分和对渗透蒸汽进行灭菌，因为纳米光子层可以在121℃以上产生局部蒸汽。

Luna不断发展的纳米光子学使能技术将继续得到优化，以提高这种新型零能耗水蒸馏工艺的性能和成本效益，其目标是经济高效地增强全球反渗透系统，并实现小规模分布式水生产的广泛利用，满足军事和民用部门偏远/孤立社区的需要，帮助消除世界各地许多人所遭受的清洁饮用水短缺问题。

1http://idadesal.org/deslation-101/deslation-by-the-numbers/. 访问日期：2017年3月31日。

2http://www.nextbigfuture.com/2013/10/deslation-water-world.html. 访问日期：2017年3月31日。

3“全球海水淡化市场分析”，Frost&Sullivan，2015年9月

4 Kalogirou，S.A.利用可再生能源进行海水淡化。能源与燃烧科学进展2005,31(2005), 242–281.