普遍被接受的反滲透水脫鹽凈化理論被證明是不正確的

反滲透過程已被證明是去除海水中的鹽分和增加獲得清潔水的最先進方法。其他應用包括廢水處理和能源生產。現在，一個研究小組在一項新的研究中揭示，對反滲透如何工作的標準解釋--一個已經被接受了50多年的解釋--是根本錯誤的。

一項新的研究發現，被廣泛接受的關于反滲透如何工作的理論，稱為溶液-擴散模型，從根本上說是不正確的。該研究小組進行了實驗和計算機模擬，證明反滲透是由膜內的壓力變化驅動的，而不是濃度梯度。這一發現挑戰了已經傳授了50多年的傳統認識，并可能導致反滲透在海水淡化、廢水處理和能源生產等應用中的更有效使用。

在這個過程中，研究人員提供了一個替代的理論。除了糾正記錄外，這些見解可能導致反滲透的更有效使用。由Menachem Elimelech教授的實驗室領導的這項研究結果發表在《科學進展》上。

反滲透--一項在20世紀60年代首次投入使用的技術--通過讓水通過半透膜來去除水中的鹽分和雜質，半透膜允許水通過，而阻擋污染物。為了解釋它的確切工作原理，研究人員使用了溶液擴散理論。該理論假設水分子通過濃度梯度的方式溶解和擴散過膜--也就是說，分子從高濃度區域移動到分子數量較少的地方。盡管這一理論已經被廣泛接受了50多年，甚至在教科書中也有教授，但Elimelech說他長期以來對這一理論有疑問。

斯特林化學和環境工程教授Elimelech說："一些假設沒有任何意義。例如，他說，該理論部分是基于跨膜的壓力是恒定的想法。每當你有水流過任何多孔材料時，總是會產生壓力下降。"

為了更好地了解所涉及的物理學，研究小組--包括來自威斯康星大學麥迪遜分校和德克薩斯理工大學的科學家--做了一個實驗和計算機模擬的組合。具體來說，他們使用了分子運動的模擬，這表明水的運輸是由膜內壓力的變化驅動的。他們進一步表明，水分子以集群的形式穿過膜上的孔隙網絡。這與基于溶液-擴散模型的傳統理論形成了對比，后者假設水分子在膜中相互分離。

作為對計算機模擬的補充，科學家們進行了實驗，使他們能夠觀察水通過膜的情況。結果顯示，水滲透膜的方式取決于膜孔的大小、水分子的大小和水的粘度。這也與溶液-擴散模型不一致。

總的來說，模擬和實驗表明，反滲透不是由分子濃度驅動，而是由膜內的壓力變化驅動。

Elimelech說，由于以前與反滲透有關的測量是基于對它在分子水平上的錯誤理解，許多推動該領域發展的嘗試都陷入了死胡同。他說，有一個更準確的理論來解釋反滲透，可以為開發更有效的材料和技術來改善這一過程開辟道路。