由南加州大学的Avni Shah撰写
温暖的高盐度水流在膜的一侧，而凉爽的纯水流在另一侧
温热的水蒸发，留下盐并形成蒸汽，当在膜的另一侧遇到冷水流时，该蒸汽转化为蒸馏的液体形式
信用:艾莉森·麦克格
在西雅图长大，南加州大学维特比工程学院博士
D
21、从未面对过干旱的日常现实
然而，在日益炎热干燥的洛杉矶沙漠中，水资源的匮乏暴露无遗——这增加了寻找替代水资源解决方案的紧迫性
在发表在《膜科学杂志》上的研究中，麦高尼与南加州大学维特比·加比兰杰出教授艾米·柴尔德里斯合作，揭示了如何最好地设计水净化过程的新见解——例如，在水处理设施中使用膜蒸馏进行废水处理
MD是一种使用薄的、干燥的、多孔的膜从水中分离盐的方法
适度的温差驱使水从一边流到另一边
为了更好地理解这一点，可以考虑一个意大利面过滤器，但是孔要小得多
通过过滤器的水流将被“清洗”掉水中的某些物质，这些物质太大而不能通过过滤器的孔(如膜的孔)，在过滤器的另一侧留下“干净”的水流
尽管如此，任何比这些洞小的东西——比如我们面食水中溶解的盐——仍然可以通过
为了进一步净化，如果我们只收集蒸汽或纯水蒸气呢？现在，想象一个过滤器，它只允许蒸汽通过，而不是液态水
然后，即使溶解的盐也无法通过
通过使用一种非常疏水(怕水)的膜，MD可以用来从污染的水流中提取纯净的淡化水
研究人员说，膜蒸馏的成功在很大程度上依赖于能够减少或消除膜中积累的水分的膜设计
研究人员说，如果一层膜变湿了，它会失去功效，影响处理水的质量
为此，现为普林斯顿大学博士后研究员的麦克格研究了如何最好地设计膜，使其不会变得过于潮湿，并成功处理水，消除盐和污染物，产生高质量或纯净的流出液
McGaughey说，他们的主要发现是，减小膜的孔径或增加膜本身的厚度可以增加水的阻力，延缓或防止净化水的污染
膜通常由疏水或防水的合成材料制成，具有孔0
1到0
5微米小
McGaughey说，虽然其他工艺通常比膜蒸馏更节能——例如，一种称为反渗透的工艺——但对于含盐量更高的水流，这些更典型的工艺需要巨大的压力来迫使水分子通过膜
因此，使得它们在处理非常咸的河流时不太实用
相比之下，膜蒸馏可以比反渗透更有效地净化含盐量更高的水，并允许科学家净化含盐量更高的废水，这些废水通常会被处理掉，因为传统的水处理工艺无法有效地对其进行净化
麦克格维说，问题在于过滤废水的膜会变得过于潮湿
“在反渗透中，我们使用致密的无孔膜，因此只有水分子通过，但在膜蒸馏中，膜上有孔，如果它们变湿，会导致污染，”她说
优化膜蒸馏提高膜的耐水性 由于盐和水的化学性质，脱盐本质上是一个成本高、耗能大的过程
研究人员说，盐很容易溶解在水中，形成很难断裂的键
“如果我们有选择的话，我们根本不会淡化海水，”麦克格维说，“但我们越来越需要这些水
" 对于膜蒸馏，McGaughey说一股温暖的咸水流放在干燥膜的一侧，一股凉爽的纯水水流放在另一侧
两股水流之间的温差是将水从一边移动到另一边的驱动力
为了将纯水从盐和其他污染物中分离出来，盐流中的水分子由于热量而从液体转变为气态
在干燥的膜孔内，有一个小的空气间隙，允许蒸汽收集，这发生在盐水变暖并蒸发时，穿过膜而留下盐
因为空气间隙很小，所以不需要太多的热量就能把盐水变成蒸汽，这意味着你可以利用太阳能来加热含盐的液体
蒸汽代表净化水或馏出物，在膜的另一侧，它被冷水冷却，并返回到液态
膜对液态水的抵抗力，或抗润湿性，是确保馏出物流实际上得到净化而不受污染的关键
当膜变湿时，液态水从废水或盐水流混合到净化水流中，产生较低质量的输出——甚至可能是不符合可饮用性标准的水输出
研究人员说，试图弄清楚膜是如何在基本水平上失去抗润湿性的，以及如何通过膜材料的疏水性和孔径来防止这种情况是关键
“我们现在有可以工作的膜，但是当你达到极高的盐度时，膜表面会有盐沉淀，这仍然是一个很大的挑战，”McGaughey说
供水领域新出现的挑战 “管理高盐度的废物流是一项重大挑战——例如，工业废物流，”麦克格伊说
“它(膜蒸馏)永远不会比反渗透更节能，但它可以利用太阳能或低品位的‘废’热，这意味着它可以依赖绿色能源。”
这意味着比我们用来驱动反渗透的电力更少的碳排放，它也能到达盐度更高的溪流，”她说
McGaughey说，不是任何单一的过程都是独立的解决方案，而是膜蒸馏可以作为反渗透的补充，例如，在反渗透处理之后，你可以在下游(水处理过程中)使用
她说:“膜蒸馏可以用于反渗透产生的废弃盐水流，以最大限度地利用可用的水。”
McGaughey还表示，膜蒸馏也可以应用于农村和非电气化地区
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