通过循环盐经济,保持河流干净
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0:01 - 0:03我在威斯康星州北部长大,
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0:03 - 0:07很自然地与密西西比河
产生了亲密的连结。 -
0:07 - 0:08小时候,
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0:08 - 0:13我会和姐姐比赛谁能最先拼写出
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0:13 - 0:16“M-i-s-s-i-s-s-i-p-p-i(密西西比)”。
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0:17 - 0:19上小学时,
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0:19 - 0:23我学到了早期的探险家
以及他们的冒险, -
0:23 - 0:27马奎特和朱莉特,以及他们是
如何通过五大湖,密西西比河 -
0:27 - 0:30及其支流,发现了美国中西部,
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0:30 - 0:33并将到墨西哥湾的贸易路线画成了地图。
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0:34 - 0:36在读研究生时,
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0:36 - 0:38我很幸运,密西西比河正好
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0:38 - 0:41就在我所在的明尼苏达大学
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0:41 - 0:43研究实验室窗外。
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0:44 - 0:47在那五年期间,
我有机会认识了密西西比河, -
0:47 - 0:50我发掘了它无与伦比的特质,
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0:50 - 0:53可能某一刻它会将河岸淹没,
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0:53 - 0:55不久后,
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0:55 - 0:57干燥的河岸线又清晰可见了。
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0:58 - 1:01今天,作为一位物理有机化学家,
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1:01 - 1:03我致力于利用我所学,
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1:03 - 1:06来保护像密西西比河这样的河流,
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1:06 - 1:09避免因为人类的活动,
而造成河流盐分升高。 -
1:10 - 1:11因为
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1:11 - 1:16盐分会污染淡水河流。
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1:16 - 1:22淡水河流的盐分含量只有 0.05 %,
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1:23 - 1:26盐分在这个范围内的水可以安全饮用。
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1:26 - 1:30但地球上大部分的水来自我们的海洋,
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1:30 - 1:34而海洋的盐含量超过 3%,
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1:34 - 1:38如果饮用海水,你很快就会生病。
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1:38 - 1:43所以若要将地球上所有的海水
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1:43 - 1:46和河流水量相比较,
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1:46 - 1:49假设我们把海水放进
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1:49 - 1:52奥运标准游泳池中,
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1:52 - 1:57那么地球上的河流水量
就相当于一加仑。 -
1:57 - 2:00所以不难想到,
这是弥足珍贵的资源。 -
2:00 - 2:03可是我们有把它当作
珍贵的资源来对待吗? -
2:03 - 2:05或者,我们对待它的方式,
就像对待铺在大门口的 -
2:05 - 2:08老式地毯,顶多用来擦擦鞋?
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2:09 - 2:13把河流当作老地毯会导致严重的后果,
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2:13 - 2:15我们来看看。
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2:15 - 2:19我们来看看一茶勺的
盐会有什么影响, -
2:20 - 2:22如果我们在一个装满
海水的奥运会标准泳池中 -
2:22 - 2:25加入一勺盐,
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2:25 - 2:28海水依然是海水,
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2:28 - 2:30但是再加进同样一茶勺的盐
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2:30 - 2:33到一加仑干净河水中,
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2:33 - 2:36一下子整罐水就因太咸而无法饮用。
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2:37 - 2:38重点是因为,
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2:38 - 2:44相比海洋,河流的水太稀少了,
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2:44 - 2:47它很容易受到人类活动的影响,
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2:47 - 2:49而我们需要小心地保护河流。
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2:50 - 2:52最近,我通过调查文献,
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2:53 - 2:56了解了全世界各地的河流健康问题,
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2:56 - 2:59我完全预期会在水源稀少,
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2:59 - 3:04以及重度工业发展区看到“生病”的河流。
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3:04 - 3:07我的确在中国北部和印度看到了。
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3:08 - 3:12但让我意外的是,
在一篇 2018 年最新的文章中, -
3:12 - 3:17提到在全美有 232 个河流抽样站点,
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3:17 - 3:19对美国各地河流抽样,
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3:19 - 3:21这些站点显示,
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3:21 - 3:25在 37% 的地方发现盐度超标。
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3:25 - 3:27更让人惊讶的是,
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3:27 - 3:30盐度增加最多的站点
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3:30 - 3:33在美国东部,
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3:33 - 3:35而不是干旱的西南部。
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3:35 - 3:38这篇文章的作者推测,
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3:38 - 3:43原因可能是因为当地使用
盐来应对道路结冰问题, -
3:44 - 3:46另一个可能来源是
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3:46 - 3:50含盐的工业废水。
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3:50 - 3:55如你所见,人类的活动
可能让干净的河流变成 -
3:55 - 3:58更像是海水的水。
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3:58 - 4:01所以我们必须尽快行动起来。
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4:02 - 4:04我有一项提议。
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4:05 - 4:09我们可以采取一个
三步计划预防河流污染, -
4:09 - 4:14如果工业水的排放者
能采取这个预防步骤, -
4:14 - 4:19我们就可以让河流更安全。
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4:19 - 4:21此内容包括,第一,
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4:21 - 4:24导入水回收和再利用的方法,
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4:24 - 4:28从而减少河流取水。
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4:28 - 4:30第二,
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4:30 - 4:34我们必须将盐分
从工业水中提取出来, -
4:34 - 4:37再利用到其他地方。
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4:38 - 4:42第三,我们要将目前
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4:42 - 4:45使用岩盐的消费者转变成
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4:45 - 4:49使用回收盐的消费者。
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4:50 - 4:53这三个步骤的处理方法已在实施,
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4:53 - 4:56中国北部和印度正在
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4:56 - 4:59采用这一机制来补救河流。
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4:59 - 5:01但我提出的意见是,
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5:01 - 5:05要用这个预防机制
来保护我们的河流, -
5:05 - 5:07这样就不需要事后再补救。
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5:08 - 5:12好消息是,我们可以使用薄膜技术
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5:12 - 5:13来实现。
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5:14 - 5:17这种薄膜可以把盐和水分离开。
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5:18 - 5:21薄膜在很多年前就已存在,
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5:21 - 5:26采用的是聚合材料,
依据体积来进行物质分离, -
5:26 - 5:28也可以依据电荷来做分离。
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5:28 - 5:32用来将盐和水分离的薄膜,
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5:32 - 5:35通常是根据电荷来做分离。
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5:35 - 5:38这些薄膜本身带有负电荷,
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5:38 - 5:40能协助排斥溶解盐中
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5:40 - 5:43带负电荷的氯离子。
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5:44 - 5:48我刚才提到,这些薄膜
在很多年前就有了, -
5:48 - 5:55目前,它们每分钟能
净化两千五百万加仑的水。 -
5:55 - 5:57甚至更多。
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5:58 - 5:59但是它们能做的远不只这些。
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6:00 - 6:05这些薄膜是以渗透原理为基础的。
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6:05 - 6:10渗透是我们身体中
会发生的自然过程—— -
6:10 - 6:12和细胞的工作原理有关。
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6:12 - 6:16渗透作用就是有两个不同的空间,
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6:16 - 6:19将两种不同浓度的盐溶液分开,
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6:19 - 6:21一份是低盐度,
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6:21 - 6:24另一份是高盐度。
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6:24 - 6:28将两个空间隔开的是
一张半渗透性的薄膜。 -
6:28 - 6:30在自然渗透的过程中,
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6:30 - 6:34水会很自然的通过薄膜,
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6:34 - 6:36从低盐份浓度的地方
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6:36 - 6:39流动到高盐度浓度的地方,
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6:39 - 6:41直到两边的浓度达到平衡。
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6:42 - 6:46逆渗透作用则是逆转这个过程。
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6:46 - 6:48为了实现逆转,
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6:48 - 6:53我们就要施加压力
给高浓度的那一端, -
6:53 - 6:57这么做就能让水往反方向流动。
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6:57 - 7:01高浓度的那一端含盐量会增加,
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7:01 - 7:02浓度更高,
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7:02 - 7:06而低浓度那一端
则会变成净化过的水。 -
7:06 - 7:11利用逆渗透方法,
我们可以把 95% -
7:11 - 7:16的工业用水转化为干净的水,
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7:16 - 7:20只留下 5% 高浓度的盐混合物。
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7:21 - 7:24而这 5% 高盐浓度的混合物
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7:24 - 7:26并非废物。
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7:26 - 7:29科学家也研发出了改造过的薄膜,
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7:29 - 7:33让某些盐可以通过,
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7:33 - 7:34而其他的不行。
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7:35 - 7:36使用这些薄膜,
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7:36 - 7:39也就是我们熟知的纳米过滤膜,
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7:39 - 7:43这 5% 的高浓度溶液,
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7:43 - 7:46就能被转化成纯盐溶液,
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7:47 - 7:52所以,总的来说,
有了逆渗透技术和纳米薄膜, -
7:52 - 7:54我们就能把工业废水
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7:54 - 7:58转化成水和盐,
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7:59 - 8:00这样一来,
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8:00 - 8:05就能实现河流保护机制
的第一和第二步。 -
8:06 - 8:10我曾向一些工业水
使用者介绍了这个机制, -
8:10 - 8:13通常得到的反馈是,
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8:13 - 8:16“不错啊,但是谁会要我的盐呢?”
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8:16 - 8:19这就是为什么第三步很关键,
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8:19 - 8:23我们必须要将使用岩盐的消费者,
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8:23 - 8:26转化为使用回收盐的消费者,
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8:26 - 8:29那么这些消费者是谁呢?
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8:29 - 8:312018 年,
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8:31 - 8:36我发现美国消费盐的人当中 43%
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8:36 - 8:40都是把盐用在防止道路结冰上。
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8:40 - 8:4439% 是化学工业在使用。
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8:44 - 8:46我们来看看这两种应用。
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8:47 - 8:50我很震惊,
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8:50 - 8:53在 2018 年到 2019 年冬季,
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8:53 - 8:56一百万吨的盐被用在
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8:56 - 9:00宾夕法尼亚州的道路上。
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9:01 - 9:03一百万吨的盐足以
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9:03 - 9:06装满三分之二的帝国大厦。
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9:07 - 9:11也就是说从地球上
开采出了一百万吨的盐, -
9:11 - 9:13用于我们的道路,
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9:13 - 9:16接着这些盐就
被冲刷进了我们的河流。 -
9:18 - 9:21所以我的提议是,至少我们可以
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9:21 - 9:25从含盐的工业废水中提取那些盐,
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9:25 - 9:27避免这些盐进入我们的河流,
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9:27 - 9:30把它们使用在我们的道路上。
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9:30 - 9:33这样至少在春季融冰之时,
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9:33 - 9:36出现高盐度的径流时,
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9:36 - 9:38我们的河流状况会更好,
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9:38 - 9:41可以有强的抵抗能力。
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9:42 - 9:43身为一名化学家,
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9:43 - 9:48更让我激动的机会是
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9:48 - 9:52把循环盐导入化学工业这个概念。
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9:53 - 9:57氯碱工业是个理想的对象,
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9:58 - 10:01它是环氧树脂的来源,
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10:02 - 10:04也是聚氨酯和各种溶剂,
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10:04 - 10:08以及我们日常生活中
许多实用产品的来源。 -
10:09 - 10:13该产业使用氯化钠盐
作为主要的原材料。 -
10:14 - 10:16所以我的想法是——
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10:16 - 10:19首先,我们先来谈谈线性经济。
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10:19 - 10:22在线性经济中,
人们从一个矿里找盐, -
10:22 - 10:24它会经历这个氯碱过程,
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10:24 - 10:26被制成基本的化学物质,
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10:26 - 10:29接着又被转换成其他新的产品,
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10:29 - 10:31或者更有功能性的产品,
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10:31 - 10:34但在转换过程中,
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10:34 - 10:38通常都会重新
生成盐,算是副产品, -
10:38 - 10:40这些盐也会进入工业废水。
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10:41 - 10:46所以,我们可以导入循环,
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10:47 - 10:51从工厂回收工业废水中
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10:51 - 10:53的水和盐,
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10:53 - 10:57再把它送到氯碱处理的前端。
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10:58 - 11:00这就是循环盐。
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11:00 - 11:02那么这会有多大的影响呢?
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11:02 - 11:05让我举个例子。
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11:05 - 11:08全世界的环氧丙烷有 50%
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11:08 - 11:11是通过氯碱过程制作出来的,
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11:11 - 11:17也就是全球每年总共生产
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11:17 - 11:19约五百万吨的环氧丙烷。
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11:20 - 11:24那么,从地球开采的五百万吨盐,
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11:24 - 11:28通过氯碱过程转换成环氧丙烷,
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11:28 - 11:30在这个过程中,
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11:30 - 11:34五百万吨的盐最后会进入废水中。
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11:35 - 11:36五百万吨的盐
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11:36 - 11:39足以填满三个帝国大厦,
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11:40 - 11:42那还只是一年的量。
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11:42 - 11:48这样大家就可以了解到
为什么循环盐 -
11:48 - 11:52可以帮助我们的河流
抵御过多的盐排放。 -
11:52 - 11:54各位可能会纳闷,
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11:54 - 11:58“哦,天呐,很多年
以前就有这些薄膜了, -
11:58 - 12:02为什么大家都不去做
废水循环利用呢? -
12:03 - 12:05根本原因就是,
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12:05 - 12:08做废水再利用需要资金。
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12:08 - 12:10其次,
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12:10 - 12:13在这些区域水的价值被低估了,
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12:13 - 12:15没有及时进行循环再利用。
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12:15 - 12:20如果我们不规划淡水的可持续性,
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12:20 - 12:22就将要面临严重的后果。
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12:22 - 12:25可以问问世界上最大的化学品制造商,
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12:25 - 12:29去年,他们因为德国莱茵河水位过低,
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12:29 - 12:33遭受了 2 亿 8 千万美金的损失,
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12:34 - 12:38也可以问问南非开普敦的人民,
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12:38 - 12:42他们遇到了一年比一年严重的干旱,
让所有储存的水被耗尽, -
12:42 - 12:45甚至被限制冲马桶,以节省水源。
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12:46 - 12:48所以我们可以看到,
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12:48 - 12:50现在我们有解决办法,那就是薄膜,
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12:50 - 12:55用这个方法可以得到纯净水,
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12:55 - 12:57得到纯盐,
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12:57 - 12:59一石二鸟。
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12:59 - 13:02为未来的世代,保护我们的河流吧。
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13:03 - 13:04谢谢。
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13:04 - 13:07(掌声)
- Title:
- 通过循环盐经济,保持河流干净
- Speaker:
- 蒂娜·阿罗伍德
- Description:
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2018 到 2019 年冬季,仅宾夕法尼亚州,就有 100 万吨盐被用于融化结冰的道路。像这样的工业用途产生的盐,往往最终进入淡水河流,使其水无法饮用,导致全球危机不断加剧。我们如何才能更好地保护这些宝贵的自然资源?物理有机化学家蒂娜·阿罗伍德(Tina Arrowood)分享了一个三步计划,以防止盐进入河流,并创建循环盐经济,将工业副产品转化为宝贵资源。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 13:19
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