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分子魔法加持：新型無(wú)鹽電滲析合成法的水回收率達 90%

發(fā)布時(shí)間：

2025-03-21

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2 月 14 日消息，在波斯灣沿岸的烈日下，巨型反滲透裝置晝夜轟鳴，每天將 4000 萬(wàn)噸海水轉化為淡水；在智利阿塔卡馬沙漠的鹽沼區，采礦企業(yè)每年花費數千萬(wàn)美元處理含鹽廢水；中國華北平原的農田里，農民們望著(zhù)逐漸鹽堿化的土地愁眉不展——這些看似無(wú)關(guān)的場(chǎng)景，都指向同一個(gè)世紀難題：如何高效處理高鹽水體？

近日，德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校研究生 Tayia Oddonetto 研發(fā)的無(wú)鹽電滲析合成法，正在為這道困擾人類(lèi)半個(gè)世紀的難題提供全新解法。

突破傳統：從反滲透到分子級分離的范式躍遷

1959 年，加州大學(xué)洛杉磯分校的兩名學(xué)者在實(shí)驗中發(fā)現醋酸纖維素膜的脫鹽潛力，這項偶然發(fā)現催生出改變世界的反滲透技術(shù)。如今全球超過(guò) 1.6 萬(wàn)座海水淡化廠(chǎng)中，60%仍在使用這項誕生于半個(gè)世紀前的技術(shù)。

反滲透膜就像精密篩網(wǎng)，在高壓驅動(dòng)下將水分子從鹽分中"擠"出，但物理擠壓的局限性始終難以突破：85%的水回收率天花板、膜污染導致的頻繁停機、預處理環(huán)節

的化學(xué)藥劑消耗，每項缺陷都在制約著(zhù)技術(shù)進(jìn)化。

Oddonetto 團隊的無(wú)鹽電滲析合成法則構建起全新理論框架。通過(guò)精準調控離子交換膜表面電荷分布，結合脈沖電場(chǎng)技術(shù)，在分子層面實(shí)現鈉離子與氯離子的定向遷移。這種仿生學(xué)設計靈感源自紅樹(shù)林根系的鹽分排斥機制，電流替代傳統壓力驅動(dòng)的方式，不僅將水回收率提升至 90%以上，更創(chuàng )造出"零化學(xué)添加"的清潔工藝。

在亞利桑那州的試驗基地，這套系統連續運行 3000 小時(shí)后，膜表面依然保持潔凈如新，徹底終結了反滲透技術(shù)每 72 小時(shí)必須化學(xué)清洗的行業(yè)魔咒。

資源覺(jué)醒：從廢水處理到城市礦山的認知革命

傳統水處理行業(yè)長(cháng)期陷入"除害思維"，將高鹽廢水視為需要凈化處理的負擔。無(wú)鹽電滲析技術(shù)帶來(lái)的顛覆性轉變，在于重新定義鹵水的資源屬性。在墨西哥灣沿岸的試點(diǎn)項目中，每處理 1 立方米油田采出水，除獲得 900 升純凈水外，還能同步回收價(jià)值 12 美元的鋰、溴等戰略資源。

這種"處理即開(kāi)采"的模式，讓廢水處理廠(chǎng)變身為城市礦山。

更值得關(guān)注的是其環(huán)境效益的乘數效應。以中國渤海灣地區為例，現有海水淡化項目每年產(chǎn)生約 800 萬(wàn)噸濃鹽水，若采用新工藝處理，不僅可多獲取 80 萬(wàn)噸淡水，還能回收相當于 3 個(gè)中型鋰礦的年產(chǎn)量。

這種資源循環(huán)模式，恰與我國"無(wú)廢城市"建設的戰略方向深度契合。在江蘇如東的潮間帶試驗場(chǎng)，研究人員甚至從處理后的濃縮液中提取出制造光伏電池所需的高純硅，為新能源產(chǎn)業(yè)開(kāi)辟出意想不到的原料來(lái)源。

成本破局：從實(shí)驗室奇觀(guān)到產(chǎn)業(yè)革命的最后一公里

任何環(huán)保技術(shù)的終極考驗都在于經(jīng)濟可行性。反滲透技術(shù)歷經(jīng) 40 年發(fā)展才將海水淡化成本從每噸 10 美元降至 0.5 美元，而無(wú)鹽電滲析甫一出世就展現出驚人潛力。

其核心突破在于能量回收系統的創(chuàng )新設計——通過(guò)將電極反應產(chǎn)生的氫氧氣體導入微型燃料電池，使整體能耗較傳統電滲析降低 62%。

在科威特 Sulaibiya 廠(chǎng)的對比測試中，新工藝噸水處理成本已逼近反滲透技術(shù)的臨界點(diǎn)。

規?；瘧玫凝X輪正在加速轉動(dòng)。Oddonetto 團隊與杜邦公司合作開(kāi)發(fā)的卷式膜組件，成功將設備占地面積縮減至傳統裝置的 1/3；與西門(mén)子合作的智能控制系統，能根據進(jìn)水鹽度自動(dòng)優(yōu)化電流參數；更值得期待的是模塊化設計帶來(lái)的場(chǎng)景適配性，從挪威峽灣的萬(wàn)噸級海水淡化廠(chǎng)，到撒哈拉邊緣村莊的集裝箱式移動(dòng)設備，同一技術(shù)內核正在衍生出多樣化的應用形態(tài)。

迪拜水電局已將其列入 2030 戰略規劃，計劃用其改造杰貝阿里淡化廠(chǎng)的二期工程。

站在人類(lèi)文明演進(jìn)的維度觀(guān)察，無(wú)鹽電滲析技術(shù)的意義遠超單純的技術(shù)迭代。它標志著(zhù)水處理行業(yè)從"對抗自然"向"師法自然"的認知轉變，從"終端治理"到"過(guò)程控制"的范式轉換，更是循環(huán)經(jīng)濟理念在微觀(guān)技術(shù)層面的完美呈現。

當以色列工程師用該技術(shù)從死海水中提取鉀肥，當南非礦企借此實(shí)現廢水零排放，當馬爾代夫的海水淡化廠(chǎng)開(kāi)始向外輸出淡水——我們看到的不僅是技術(shù)突破，更是一個(gè)文明如何智慧化解資源困境的生動(dòng)范本。

這項誕生于沙漠邊緣實(shí)驗室的技術(shù)，恰似穿越時(shí)空的信使，提醒著(zhù)我們：解決水資源危機從來(lái)不是簡(jiǎn)單的技術(shù)競賽，而是需要重新審視人與自然的關(guān)系。正如 Oddonetto在項目日志中寫(xiě)下的那句話(huà)："我們不是在創(chuàng )造新技術(shù)，只是在發(fā)現自然早已寫(xiě)就的答案。"或許，這就是文明進(jìn)步的真正密碼——在敬畏中創(chuàng )新，在循環(huán)中永續。