研究人员发现，让膜的密度均匀可大幅提高海水淡化效率。
这一突破有望让个人家庭和大型用水用户都更容易获得清洁水，并降低水费。
研究人员解决了一个困扰科学家数十年的复杂海水淡化难题。
这项研究有望让人们以更低成本生产清洁水。
海水淡化膜能去除水中的盐分和其他化学物质。这一过程对社会健康至关重要，可为农业、能源生产和饮用提供数十亿加仑经过净化的水。这个想法看似简单——让咸水通过膜，另一侧就会流出清洁水——但其中包含复杂的细节，科学家仍在努力理解。
研究团队与杜邦水务解决方案公司合作，解开了这一谜题中的一个重要环节，为降低清洁水生产成本打开了大门。研究人员发现，海水淡化膜的密度和质量分布并不均匀，这会限制其性能。纳米尺度上的密度均匀，是提高这些膜产出清洁水量的关键。
“反渗透膜广泛用于净水，但我们对它们仍有很多不了解，”德克萨斯大学奥斯汀分校土木、建筑与环境工程系副教授 Manish Kumar 说。“我们其实无法说明水如何通过这些膜，因此过去40年来的改进基本上都是在摸黑进行。”
研究结果发表于《科学》。
论文记录了受测膜的效率提高了30%-40%，这意味着它们能净化更多水，同时显著减少能源消耗。这有望让个人家庭和大型用水用户都更容易获得清洁水，并降低水费。
反渗透膜通过在一侧对含盐进料溶液施加压力来工作。矿物质留在这一侧，水则穿膜而过。研究人员表示，尽管这种方法比非膜海水淡化工艺效率更高，但仍需消耗大量能源；提高膜的效率有望减轻这一负担。
“淡水管理正成为全球面临的一项重大挑战，”宾夕法尼亚州立大学化学工程教授、研究共同负责人 Enrique Gomez 说。“随着短缺、干旱和极端天气状况日益加剧，预计这一问题将变得更加严重。确保清洁水供应至关重要，尤其是在资源匮乏地区。”
这项研究始于杜邦研究人员发现，较厚的膜实际上表现出更强的渗透性。这令人意外，因为传统观点认为，膜越厚，能通过的水就越少。
2015年，研究团队在 Kumar 组织的一场“水峰会”上与陶氏水务解决方案公司（现为杜邦旗下公司）建立联系，双方都希望解开这一谜团。
研究人员利用宾夕法尼亚州立大学材料表征实验室的先进电子显微镜，构建了膜纳米结构的3D重建模型。他们模拟水在这些膜中的流动路径，以根据膜的结构预测净水效率。
爱荷华州立大学、宾夕法尼亚州立大学和德克萨斯高级计算中心的其他研究人员也参与了这项工作。大部分计算由 TACC 的超级计算机 Stampede2 完成。
