图片来源：Pixabay/CC0 Public Domain
淡化膜的作用是过滤盐水:盐水透过膜，就变成了适合农业、能源生产甚至可饮用的净水。这个过程看起来很简单，但其中包含着的复杂问题困扰了科学家数十年，直到现在。
来自宾夕法尼亚州立大学、得克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）、爱荷华州立大学(Iowa State University)、陶氏化学公司和杜邦水处理解决方案业务部（Dow Chemical Company and DuPont Water Solutions）的研究人员在《科学》（Science）杂志在线版上发表了一项关键发现，将有助于了解膜如何过滤水中矿物质。
图片来源：Pixabay
领导这项研究的宾夕法尼亚州立大学化学工程和材料科学与工程教授Enrique Gomez说:“尽管我们已使用滤水膜多年，但对滤水膜的工作原理却仍知之甚少。我们发现在纳米尺度上控制膜本身的密度分布会影响膜的产水性能。”
得克萨斯大学奥斯汀分校土木、建筑和环境工程系副教授Manish Kumar合作领导该项目。该团队使用了多模态电子显微镜，通过原子尺度的细节成像技术，揭示了其化学成分，以确定淡化膜在密度和质量分布上的不一致。研究人员在三维空间上绘制了聚合物薄膜的密度变化，空间分辨率约为1纳米，不到DNA链直径的一半。Gomez表示这一技术进步是理解膜密度作用的关键。他说:“现实中你能明显看出咖啡过滤膜上的密度差异。在过滤膜中，它虽然看起来很均匀，但在纳米尺度上并非如此。而且如何控制膜上质量分布对过滤性能的影响非常重要。”
Gomez 和 Kumar表示这个结论令人惊讶，因为以前人们认为膜越厚，产水量就越少。制造许多海水淡化产品的陶氏化学公司（Filmtec）（杜邦水处理解决方案业务部的一部分）与研究人员合作并资助了这个项目，因为其内部科学家发现：实际上更厚的膜被证明更具渗透性。
图片来源：Pixabay
研究人员发现，厚度在渗透上起的作用并不如避免高密度纳米区域或“死区”那么重要。Gomez表示：从某种意义上说，在最大限度地提高产水量的过程中，一张密度均匀的膜要比其厚度重要得多。
研究人员表示这一研究可以使膜效率提高30%至40%，从而利用更少的能量过滤更多的水——一种潜在节省目前的海水淡化工艺成本的更新。
Kumar说:“尽管反渗透膜被广泛用于净水，但我们对其知之甚少。由于我们没有完全理解水是如何通过它们的，所以过去40年的所有改进基本上都是在摸黑。”
反渗透膜的工作原理是在进水一侧施加压力。当水通过时，矿物质留在那里。研究人员说，虽然其比非膜式脱盐过程效率更高，但这仍然需要大量的能量。如果能提高膜的效率就可以减轻这种负担。
Gomez说:“淡水管理正成为全世界面临的一个重大挑战。随着日益恶劣的天气模式（如水资源短缺、干旱等），这个问题将变得更加严重。拥有清洁的水资源至关重要，尤其是在资源匮乏的地区。”
该团队继续研究膜的结构，以及海水淡化过程中涉及的化学反应。他们还在研究如何利用特定的材料开发最好的膜，比如可以防止细菌生长的可持续且耐用的膜。
Gomez说：“我们将继续发展技术，开发更高性能的材料，以阐明有效过滤中的关键因素。”
翻译：王麟涛
审校：张和持
引进来源：宾夕法尼亚州立大学
本文来自：中国数字科技馆
本文是中国数字科技馆(m.vashen.com)原创内容，转载请注明出处和作者，否则我们将依法追究侵权责任。
[责任编辑：环球科学]
京公网安备11010502039775号
