看似奇迹般的创新使我们工业社会日益增长的需求得以满足。

需要更多的能量吗？从深层岩石中找到它！

新鲜的水吗?海水淡化！

贵重金属?从以前无法开采的低品位矿石中浸出它们。

但这些和其他的奇迹让我们置身于咸水的海洋中。这种“盐水”——含盐量比海水高很多倍的废水，经常被污染物污染——是这些和其他工业过程的副产品，这是一个问题。

利哈伊大学土木与环境工程系P.C. Rossin教授Arup SenGupta表示：“处理总溶解固体含量超过60000 mg l - 1的盐水溶液会带来技术、环境和经济方面的障碍，这些障碍大多尚未解决。”

然而，森古普塔和访问研究员陈浩（当时还是博士生）开发的一种新方法代表了清理超咸水的飞跃，甚至可能解锁潜伏在超咸水中的宝贵资源。

当前的方法

目前处理这种副产品的方法往往加剧了工业过程中固有的环境破坏。

• 将高盐盐水抽回海洋是沿海海水淡化厂的常见做法，但这样做会破坏深海生态系统。
• 来自内陆工业设施的废水通常被留在巨大的露天水池中，在阳光下蒸发，但这一过程效率低下，与天气有关，而且容易发生coco的浓度对地下水和周围环境构成威胁的污染物。
• 将盐水泵入地下的深井是一种常见的做法，但由于其造成的生态和地质破坏，在许多地区已被禁止。
• 其他方法，如多级热蒸馏和膜蒸馏有一些优点，但也需要大量的能量输入来产生热量，并且容易形成水垢和不可逆的污垢，或co设备受到污染。

开发将盐水浓缩到有利于收集结晶固体的水平的方法已成为美国内政部和其他全球水务机构的优先事项。

结晶固体可以更容易地处理，重新用于工业过程，甚至可以“开采”包括锂在内的贵金属。

新的解决方案

SenGupta和Chen开发了一种新的工艺，蒸发离子交换（EIX），利用空气湿度和离子交换在室温下浓缩盐水。与现有的方法不同，EIX避免了结垢和污垢，由于其高效的设计，它比自然蒸发快得多。最近发表在《自然水》杂志上的一项研究概述了这一过程。

它使用了一种聚合离子交换树脂珠，这是一种具有高浓度带电官能团的凝胶，或者是电荷与相反电荷的离子结合的原子。当塑料头与水接触时，树脂的内部压力使其迅速吸收水分，同时拒绝盐和其他化合物。

这种现象类似于正向渗透，但物理上不存在半透膜。相反，离子交换器-水界面充当半透膜，水吸收非常快。”SenGupta说。

当暴露在干燥的空气中时，树脂在室温下通过蒸发将水释放到空气中，而不需要外部热量输入。结果

SenGupta说：“这个循环可以重复，使树脂在环境温度下连续浓缩溶液。”“这个过程很快，所需的全部能量都由周围的空气提供。”

研究中使用的基础树脂是Purolite A502P，这是一种用于饮用水系统的市售离子交换树脂。研究人员在这种材料中掺杂了二氧化锆纳米粒子，以确保其比重，并防止树脂漂浮。

这个实验

为了测试这一过程，研究人员利用实验室合成的高盐盐水和从宾夕法尼亚州和新泽西州马塞勒斯页岩地区的气井收集的高盐水进行了实验。除了盐，马塞勒斯样品还含有高浓度的钡离子、锶离子和钙离子。

EIX珠被放置在床上，然后用盐水填充，直到树脂达到饱和。排干床层的卤水，然后将树脂暴露在吹过的、不加热的空气中蒸发，测量剩余卤水的总体积和总溶解固形物（TDS）。然后用剩余的盐水重复这个循环。

• 三个循环结束后，剩余合成盐水的体积减少了近3倍，剩余合成盐水的TDS增加了近3倍。
• 用相同的聚合物珠进行循环，但没有离子交换功能所有组合成盐水的TDS增幅均小于20%。
• 在对马塞勒斯样品进行了四次循环后钡、钠、氯的浓度为co浓度超过溶解极限，导致氯化钡和氯化钠盐直接结晶。
• 该工艺不会导致树脂结垢或结垢，并且实验表明该工艺具有降解的能力从天然高卤水中富集和回收锂。

SenGupta说：“这项研究最引人注目的发现是，在环境温度下经过四次EIX循环后，Marcellus气井的高盐水中盐的沉淀/结晶。”“根据文献，没有其他卤水浓缩工艺在室温下达到初始结晶。”

这项研究是由美国垦务局、宾夕法尼亚基础设施技术联盟和里海大学教师创新基金资助完成的。

展望未来

森古普塔说，该工艺的优势使他对该工艺扩大应用的潜力持乐观态度。

下一步将是运行一个试验系统，并记录其工艺参数和与其他高温工艺相比的能源优势。

SenGupta说：“EIX工艺不需要生产任何特殊材料来扩大工艺规模。”“它不需要任何热量或主要能源。它可以迅速扩大规模。”