中国科研人员近日利用太阳光、海水和纳米材料，研制出一种可以从海水中提取硼的装置，未来或可用于高超音速武器燃料。

中国研究人员报告称，他们研制出了一种新型太阳能驱动技术，可以同时生产淡水和从海水中提取硼。这一技术对于资源安全和可持续海水淡化而言是一项潜在突破。这一由西北农林科技大学研发的方法用到一种特制的复合凝胶，该凝胶可以通过蒸发向上抽取水和硼，同时捕捉其中的硼元素。

硼是一种关键的轻质元素，用于中国某些先进的高超音速武器中的超燃冲压发动机的固体燃料。硼也是钕铁硼稀土永磁材料的关键成分，广泛用于工业和军事领域。尽管中国是世界上最大的硼需求国，但并非硼生产大国。中国大部分全球硼供应来自土耳其和美国。海水含有微量硼，但传统的反渗透海水淡化法无法去除硼，甚至可能浓缩硼，如果长期饮用将构成健康风险。

据报道，陕西省经济植物资源开发利用重点实验室的范志敏带领研究团队研发了一种基于海藻酸钠的复合凝胶MMS。研究人员在这一结构中引入了一种具有类石墨烯属性的二维纳米材料MXene和一种氧化镁化合物。MXene具有较高的光热转换效率，而氧化镁可以吸附硼。该凝胶被制作成2毫米厚的薄片，一层漂浮在水气界面吸收阳光，另一层则浸在水面以下。阳光加热MXene层后，水分从表面蒸发，形成浓度梯度，使得海水不断被向上抽吸到凝胶中。

而下层的氧化镁从海水中吸收水分的同时吸附了硼离子。研究团队表示，这一结构创造了一种"多场协同策略"，将温度、浓度和流体流动的效应整合起来，以提高硼捕获率。实验室实验表明，在太阳光照条件下，MMS凝胶每平方米每小时能获得2.14公斤的淡水，9小时能收集到225.52毫克的硼。研究人员将这一性能归因于凝胶内部的多孔结构以及MXene和MgO组合后的光热及吸附能力。研究人员报告称，该凝胶重复使用7次后硼吸附能力仍在86%以上，蒸发效率几乎未下降。发表在11月7日《科学通报》期刊上的这一新研究概述了一项技术，该技术不仅能从海水中提取硼，还能防止硼进入纯净水中。

为了评估该系统在实验室之外的表现，研究人员在香港进行了一项户外试验。尽管研究描述了3月份太阳辐射相对较弱，但该设备每平方米三小时内仍生产了5.20公斤淡水，并提取了122.45毫克硼。在冷凝水中没有检测到硼离子。该实验还表明，凝胶结构在保持性能的同时可以承受重复使用。

在研究的摘要中，作者强调称，"以最少的能量输入从海水或盐水中同时提取淡水和硼，为解决水、能源和资源短缺相互关联的压力提供了一种很有前景但尚未得到充分探索的策略"。他们指出，回收的硼可以提高农业生产力，增加种子发芽率，并显著增加受控试验中的生物量。

范志敏及其同事总结称，他们研制的MMS凝胶"展现出同时生产淡水和从海水/盐水中提取硼的巨大潜力"，同时指出仍需要讨论"成本及可扩展性，特别是大规模应用的成本及可扩展性"。这一技术一旦得到进一步发展，就能为寻求获取硼资源安全渠道、提高海水淡化安全性和可持续性的国家提供一条新途径。

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