纳米尺度的发现可以降低海水淡化的成本

一些干旱的中东国家已经依靠去除海水中的盐分来解渴。许多其他国家在应对不断增长的人口和气候变化时，可能不得不转向海水淡化。但这项技术仍然很昂贵，需要大量的能源。

当今最先进的海水淡化方法反渗透该公司使用薄膜在海水通过时阻隔盐分和杂质。更好的膜转化为更节能、更便宜的海水淡化。

为了帮助设计改进的膜，一组研究人员使用了电子显微镜以及纳米尺度的3D计算建模了解水是如何流过屏障的。事实证明，均匀的膜密度到纳米级，而不是膜的厚度，是改善水流动的关键。研究小组表示，改善均匀性可以使效率提高30%以上德克萨斯大学，宾夕法尼亚州立大学,杜邦公司据该杂志报道科学上周。

该团队使用杜邦水解决方案公司生产的普通反渗透聚合物膜。我们可以把这些固体膜想象成聚合物串缠绕在一起的垫子。水从聚合物串之间形成的微小埃级空隙中流过。

膜制造商通过改变这些聚合物膜的内部结构和厚度来增加水的流量。但很难准确地指出哪个参数会影响性能。例如，杜邦(DuPont)的研究人员最近发现，将该公司的一些薄膜加厚，会反直觉地增加流经的水量。

为了弄清这个悖论的真相，Manish库马尔在德克萨斯大学，恩里克·戈麦斯在宾夕法尼亚州立大学，他们和杜邦公司的合作者使用一种称为电子断层扫描的透射电子显微镜技术来获得纳米级膜的3D视图。它包括扫描穿过膜表面的高强度电子束，以生成几个角度不同的2D图像，并将它们放在一起生成3D图像。库马尔说:“这为你提供了聚合物密度的信息。”“现在你可以找到每立方纳米膜的密度，看看有多少被聚合物占据，有多少被自由空间占据。”

接下来，他们将包含薄膜的纳米级结构的图像数据输入实验室的超级计算机德克萨斯高级计算中心．他们能够跑N大型计算机模拟揭示了水通过膜的路径。

当然，水会选择阻力最小的路径。但即使是在最薄的膜中，模拟显示，密集堆积的聚合物可以形成阻挡水的结构，使水走更长的路线，库马尔说。因此，研究小组发现，影响水运输的主要参数是纳米级的膜密度而不是厚度。透水性最强的膜密度最小，其密度在膜间波动不大。

库马尔说，如果制造商能够同样地在纳米尺度上评估他们的反渗透膜，并找出如何使用正确的化学和加工技术来制造更均匀致密的膜，这将使脱盐更具成本效益。