海水淡化——即去除盐分——只是从海洋或废水中生产饮用水、农业用水或工业用水过程中的一个步骤。无论是在去除盐之前还是之后，水通常都要经过处理去除对植物有毒的硼，以及对人类有毒的重金属，如砷和汞。通常，这个过程会留下难以处理的有毒盐水。
这项新技术可以很容易地添加到目前基于膜的电渗析脱盐过程中，
杏耀主管 ，可以去除几乎100%的这些有毒金属，生产出纯净的盐水和纯净水，并隔离有价值的金属供以后使用或处理。
加州大学伯克利分校的研究生Adam Uliana说:“海水淡化或水处理厂通常需要一系列高成本的预处理和后处理系统，所有的水都必须一个接一个地经过这些系统。”Adam Uliana是一篇描述该技术的论文的第一作者。“但在这里，我们有能力在一个过程中完成几个步骤，这是一个更有效的过程。基本上，你可以在现有的设置中实现它。”
加州大学伯克利分校的化学家们合成了柔性聚合物膜，就像目前膜分离过程中使用的那样，但是嵌入的纳米粒子可以调节吸收特定的金属离子——例如金或铀离子。如果要回收金属，这种膜可以包含单一类型的调谐纳米颗粒，如果需要在一个步骤中除去多种污染物，则可以包含几种不同类型的调谐纳米颗粒，每一种都可以吸收不同的金属或离子化合物。
含有纳米粒子的聚合物膜在水中和高温下非常稳定，而许多其他类型的吸收体，包括大多数金属有机框架(MOFs)，当嵌入膜中时就不是这样了。
研究人员希望能够对纳米颗粒进行调整，以去除其他类型的有毒化学物质，包括一种常见的地下水污染物:PFAS，即多氟烷基物质，这种物质存在于塑料中。他们称之为离子捕获电渗析的新工艺，也有可能去除核电站废水中的放射性同位素。
这项研究将于本周发表在《科学》杂志上，Uliana和加州大学伯克利分校的化学教授Jeffrey Long共同完成了这项研究，证明当聚合物膜被纳入基于膜的电渗析系统(其中一个电压驱动离子通过膜来去除盐和金属)和扩散透析(主要用于化学处理)是非常有效的。
朗说:“电渗析是一种众所周知的脱盐方法，我们正在采用的方法是把这些新粒子加入膜材料中，捕获特定的有毒离子或中性溶质，比如硼。”“所以，当你让离子穿过这层膜的时候，你也在净化水中的汞。但这些膜也可以高选择性地去除其他金属，杏耀招代理如铜和铁，在高容量下。”
全球水资源短缺要求废水回用
水资源短缺在世界各地变得越来越普遍，包括加州和美国西部，气候变化和人口增长加剧了水资源短缺。沿海社区越来越多地安装淡化海水的工厂，但内陆社区也在寻找方法，将受污染的水源——地下水、农业径流和工业废料——转化为洁净、安全的饮用水，供农作物、家庭和工厂使用。
虽然反渗透和电渗析在去除高盐度水源(如海水)中的盐方面效果很好，但留下的浓盐水可能含有高浓度的金属，包括镉、铬、汞、铅、铜、锌、金和铀。
但是海洋正日益受到工业和农业径流的污染，而内陆水源的污染更甚。
他说:“这对那些污染物含量较低但仍然有毒的地区，以及不同的废水处理场的溪流中有多种有毒离子的地区尤其有用。”
大多数脱盐过程都是通过反渗透膜(允许水通过，但不允许离子通过)或离子交换聚合物(允许离子通过，但不允许水通过)来去除盐——盐主要以钠离子和氯离子的形式存在于水中。这项新技术仅仅添加了直径约为200纳米的多孔纳米颗粒，可以捕获特定的离子，同时允许钠、氯和其他非靶向带电分子通过。
Long设计和研究多孔材料，这种材料可以装饰上独特的分子，从液体或气体流中捕捉目标化合物，例如发电厂排放的二氧化碳。在这些聚合物膜中使用的纳米颗粒被称为多孔芳香框架，或paf，它是碳原子的三维网络，由多个环状分子(称为芳香化合物的化学基团)连接。它的内部结构与钻石的内部结构有关，只是碳原子之间的连接被芳香连接剂拉长了，从而创造了大量的内部空间。各种分子可以附着在芳香连接剂上以捕获特定的化学物质。
例如，为了捕获汞，就会附着一种被称为硫醇的硫化合物，硫醇与汞结合紧密。加入甲基化的硫基团可以捕获铜，而含有氧和硫的基团可以捕获铁。改变后的纳米粒子约占薄膜重量的20%，但由于它们非常多孔，约占薄膜体积的45%。
计算表明，在需要对薄膜进行再生之前，一千克的聚合物膜基本上可以从35000升含有百万分之五金属的水中剥离出全部的汞。
Uliana显示在他的实验中,硼酸、硼的化合物是有毒的作物,可以删除这些膜,虽然扩散透析,依赖于浓度梯度驱动化学——不是离子,像金属一样——通过膜成为被空军纳米颗粒。
他说:“我们尝试了不同类型的高盐度水，例如地下水、工业废水和微咸水，这种方法适用于每种水。”“它似乎适用于不同的水源;这是我们想要融入其中的设计原则之一。”
Uliana还证明，这种薄膜可以重复使用多次——至少10次，但可能更多——而不会失去它们吸收离子金属的能力。含有paf的薄膜可以很容易地吸收金属并将其释放出来进行捕捉和再利用。
Long补充说:“这是一项技术，根据你的有毒杂质是什么，你可以定制膜来处理这种类型的水。”“比如，在密歇根州，你可能会因为铅而有问题，在孟加拉国，铁和砷可能会有问题。所以，你可以针对特定的污染水源使用这些膜。这些材料真的把它降低到了不可估量的水平。”
