《EST》復(fù)旦大學(xué)朱秀萍課題組：基于氨氣驅(qū)動(dòng)的水凝膠高效脫水技術(shù)，助力水資源可持續(xù)利用！

近期，環(huán)境科學(xué)與工程系朱秀萍課題組在Environmental Science & Technology期刊上發(fā)表了題為“Unlocking Hydrogel-Based Desalination with Ammonia Gas Dewatering”的research article，創(chuàng)新性地提出利用氨氣作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝膠（PAAM）的高效脫水與脫鹽。該技術(shù)憑借氨氣強(qiáng)大的滲透壓作為驅(qū)動(dòng)力，大幅提升水凝膠脫水效率，達(dá)到110 gH2O/ghydrogel/h的脫水速率以及600-1100 LH2O/kghydrogel的日均產(chǎn)水量，且脫鹽率穩(wěn)定在約60%。

團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)揭示了氨氣濃度與水凝膠脫水性能間的關(guān)系，并成功實(shí)現(xiàn)脫水產(chǎn)水中氨氣的高效吹脫回收，降低環(huán)境排放風(fēng)險(xiǎn)，兼顧能耗優(yōu)化，展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和節(jié)能優(yōu)勢(shì)。更重要的是，該技術(shù)不僅適用于微咸水的高效處理，更為農(nóng)業(yè)灌溉水源提供了可靠保障。上海東灘采集的微咸水經(jīng)過水凝膠處理后，重要營(yíng)養(yǎng)離子得到有效保留且鹽分大幅下降，成功促進(jìn)水稻種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，驗(yàn)證了該技術(shù)在農(nóng)業(yè)用水領(lǐng)域的巨大潛力。

圖5. 脫鹽后微咸水在水稻栽培中的表現(xiàn)。（a）原始微咸水與脫鹽后微咸水中的離子濃度。（b）用于水稻栽培的水凝膠脫脫水-鹽系統(tǒng)示意圖。（c）用脫鹽微咸水及相應(yīng)對(duì)照水灌溉的水稻種子發(fā)芽率和芽高。（d）第7天用脫鹽微咸水及相應(yīng)對(duì)照水灌溉的水稻種子照片。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新設(shè)計(jì)了水凝膠-反滲透（RO）集成系統(tǒng)，將水凝膠體系作為反滲透工藝的前處理手段，顯著降低了反滲透階段的運(yùn)行壓力和能耗，整體節(jié)能幅度達(dá)51%。與傳統(tǒng)超濾-反滲透系統(tǒng)相比，該方案在膜組件投資和維護(hù)成本上也有顯著降低，可有效延長(zhǎng)膜壽命并減少結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，展現(xiàn)出極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重效益。

圖6. SCRO工藝中每個(gè)循環(huán)對(duì)進(jìn)水1（a）和進(jìn)水2（b）的詳細(xì)操作示意圖。（c）SCRO工藝中兩條水流的操作結(jié)果表。（d）UF-RO系統(tǒng)與水凝膠-RO系統(tǒng)的總比能耗（SEC）對(duì)比。（e）UF-RO系統(tǒng)與水凝膠-RO系統(tǒng)的總資本成本對(duì)比。Hyd（水凝膠）、HPP（高壓泵）、BP（增壓泵）、T（水箱）、ERD（能量回收裝置）。

該項(xiàng)研究不僅開創(chuàng)了利用氨氣促進(jìn)水凝膠脫水的新思路，推動(dòng)了高性能水凝膠海水淡化技術(shù)向?qū)嵱没~進(jìn)，還為解決水資源短缺提供了創(chuàng)新路徑。未來，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深化氨氣與水凝膠相互作用機(jī)制的研究，推動(dòng)技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用，并積極探索在更廣泛水處理領(lǐng)域的推廣價(jià)值。

論文的共同第一作者是環(huán)境系博士后費(fèi)靜媛和路易斯安那州立大學(xué)博士生孫瑋良。國(guó)家自然科學(xué)基金（52270029）支持了本項(xiàng)研究，成果發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Environmental Science & Technology》。