宾夕法尼亚州立大学 信用:Pixabay/CC0公共域 脱盐膜充当盐水的过滤器:将水推过膜，得到适合农业、能源生产甚至饮用的清洁水
这个过程看起来很简单，但它包含了复杂的错综复杂的东西，这些东西困扰了科学家几十年——直到现在
宾夕法尼亚州立大学、德克萨斯大学奥斯汀分校、爱荷华州立大学、陶氏化学公司和杜邦水解决方案公司的研究人员今天(12月15日)在网上公布了一项关键发现，该发现有助于理解膜是如何从水中过滤矿物质的
31)《科学》
这篇文章将刊登在明天(1月15日)发行的印刷版封面上
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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恩里克·戈麦斯说:“尽管它们已经使用了很多年，但我们对水过滤膜是如何工作的却知之甚少。”
“我们发现，如何在纳米尺度上控制膜本身的密度分布对产水性能非常重要
" 在奥斯汀大学土木、建筑和环境工程系副教授马尼什·库马尔(Manish Kumar)的共同领导下，该团队使用多模态电子显微镜，将原子尺度的详细成像与揭示化学成分的技术相结合，来确定脱盐膜在密度和质量上的不一致性
研究人员以大约1纳米的空间分辨率绘制了三维聚合物薄膜的密度变化，这还不到脱氧核糖核酸链直径的一半
戈麦斯认为，这一技术进步是理解密度在膜中的作用的关键
戈麦斯说:“你只需用眼睛就能看到咖啡过滤器中一些地方的密度有多大。”
“在过滤膜中，它看起来是均匀的，但它不是纳米级的，如何控制质量分布对水过滤性能非常重要
" 戈麦斯和库马尔说，这是一个惊喜，因为以前人们认为膜越厚，产生的水分越少
Filmtec现在是杜邦水解决方案公司的一部分，该公司生产许多脱盐产品，与研究人员合作并资助了该项目，因为他们的内部科学家发现，更厚的膜实际上证明更具渗透性
研究人员发现，厚度与避免高密度纳米区域或“死区”没有多大关系
“从某种意义上说，对于最大限度地提高产水量来说，整个膜的密度比厚度更重要，戈麦斯说
据研究人员称，这种理解可以将膜效率提高30%至40%，从而用更少的能量过滤更多的水——这是对当前脱盐过程的潜在成本节约更新
库马尔说:“反渗透膜被如此广泛地用于净化水，但我们对它们仍有很多不了解。”
“我们不能说水是如何穿过它们的，所以过去40年来的所有改进基本上都是在黑暗中进行的
" 反渗透膜通过在一侧施加压力来工作
当水通过时，矿物质停留在那里
研究人员说，虽然比非膜脱盐过程更有效，但这仍然需要大量的能量，但是提高膜的效率可以减轻这一负担
戈麦斯说:“淡水管理正成为全世界面临的一项重要挑战。”
“短缺、干旱——随着恶劣天气模式的增加，预计这个问题将变得更加严重
有干净的水是至关重要的，尤其是在资源匮乏的地区
" 该小组继续研究膜的结构，以及脱盐过程中的化学反应
他们还在研究如何为特定材料开发最好的膜，例如可持续但坚韧的膜，可以防止细菌生长的形成
戈麦斯说:“我们将继续用更高性能的材料推进我们的技术，目的是阐明高效过滤的关键因素。”
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