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03
2026
-
08
Science子刊：解耦渗透与电渗，电驱脱盐中水传输机制的关键突破
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背景
随着高盐工业废水排放的不断增加，如何实现*、低能耗的水处理成为亟待解决的关键问题。传统反渗透技术受限于渗透压，在高盐体系中往往需要*高操作压力，并与热法浓缩工艺耦合，导致能耗显著增加。相比之下，以电场驱动的电化学脱盐技术（如电渗析和电容去离子）能够绕开渗透压限制，被视为处理高盐废水的潜在解决方案。然而，这类系统在实际运行中普遍存在“水反向迁移”问题，即水从淡水侧向浓水侧跨膜迁移，显著降低产水率并增加能耗。这一过程主要由渗透和电渗两种机制共同驱动，但由于离子与水分子在电场和浓度梯度下协同传输，其内在机理长期缺乏清晰认知，成为限制电驱脱盐技术发展的核心瓶颈。
创新
近日，同济大学王志伟、王力教授团队联合美国莱斯大学Menachem Elimelech院士基于不可逆热力学理论，建立了电驱脱盐过程中“离子-水协同传输”的定量分析框架，通过膜电位测量*求解离子的水传输数，从而实现对电渗过程的理论预测与实验验证。在此基础上，研究进一步成功解耦了总水通量中渗透与电渗的贡献比例，揭示了不同操作参数（如盐浓度、电压、膜性质）对两种机制的差异化影响。更重要的是，研究提出了一种此前未被识别的调控策略：通过引入浓度极化效应降低膜两侧的有效渗透压差，从而抑制渗透驱动的水损失，而不影响电驱离子迁移。这一思路突破了传统“降低渗透压梯度”的被动调控方式，将系统运行状态转化为可设计的调控手段，实现了水通量与能效的协同优化。
意义
该工作从机理层面厘清了电驱脱盐中水传输的本质，为长期困扰该领域的“水损失难题”提供了定量解释与系统性解决方案。通过将渗透与电渗过程解耦，并建立可预测的理论模型，不仅提升了对离子交换膜行为的基础认知，也为膜材料设计与工艺优化提供了明确指导。更重要的是，提出的“利用浓度极化抑制渗透”的策略，为高盐废水处理开辟了新的调控路径，使电驱脱盐在高盐条件下实现更高水回收率和更低能耗成为可能。这一成果不仅适用于流动电极电容去离子系统，也可推广至电渗析等多种电化学分离技术，为构建*、可持续的下一代脱盐与资源回收体系提供了关键理论基础与工程启示。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Bk_GkdJUzumaKxmhCyFKdw
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