《EST》復旦大學朱秀萍課題組：基于氨氣驅動的水凝膠高效脫水技術，助力水資源可持續利用！

近期，環境科學與工程系朱秀萍課題組在Environmental Science & Technology期刊上發表了題為“Unlocking Hydrogel-Based Desalination with Ammonia Gas Dewatering”的research article，創新性地提出利用氨氣作為驅動介質，實現聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝膠（PAAM）的高效脫水與脫鹽。該技術憑借氨氣強大的滲透壓作為驅動力，大幅提升水凝膠脫水效率，達到110 gH2O/ghydrogel/h的脫水速率以及600-1100 LH2O/kghydrogel的日均產水量，且脫鹽率穩定在約60%。

團隊通過系統實驗揭示了氨氣濃度與水凝膠脫水性能間的關系，并成功實現脫水產水中氨氣的高效吹脫回收，降低環境排放風險，兼顧能耗優化，展現出良好的循環穩定性和節能優勢。更重要的是，該技術不僅適用于微咸水的高效處理，更為農業灌溉水源提供了可靠保障。上海東灘采集的微咸水經過水凝膠處理后，重要營養離子得到有效保留且鹽分大幅下降，成功促進水稻種子萌發和幼苗生長，驗證了該技術在農業用水領域的巨大潛力。

圖5. 脫鹽后微咸水在水稻栽培中的表現。（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-鹽系統示意圖。（c）用脫鹽微咸水及相應對照水灌溉的水稻種子發芽率和芽高。（d）第7天用脫鹽微咸水及相應對照水灌溉的水稻種子照片。

此外，研究團隊還創新設計了水凝膠-反滲透（RO）集成系統，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行壓力和能耗，整體節能幅度達51%。與傳統超濾-反滲透系統相比，該方案在膜組件投資和維護成本上也有顯著降低，可有效延長膜壽命并減少結垢風險，展現出極具市場競爭力的經濟和環境雙重效益。

圖6. SCRO工藝中每個循環對進水1（a）和進水2（b）的詳細操作示意圖。（c）SCRO工藝中兩條水流的操作結果表。（d）UF-RO系統與水凝膠-RO系統的總比能耗（SEC）對比。（e）UF-RO系統與水凝膠-RO系統的總資本成本對比。Hyd（水凝膠）、HPP（高壓泵）、BP（增壓泵）、T（水箱）、ERD（能量回收裝置）。

該項研究不僅開創了利用氨氣促進水凝膠脫水的新思路，推動了高性能水凝膠海水淡化技術向實用化邁進，還為解決水資源短缺提供了創新路徑。未來，團隊將繼續深化氨氣與水凝膠相互作用機制的研究，推動技術規模化應用，并積極探索在更廣泛水處理領域的推廣價值。

論文的共同第一作者是環境系博士后費靜媛和路易斯安那州立大學博士生孫瑋良。國家自然科學基金（52270029）支持了本項研究，成果發表在國際知名期刊《Environmental Science & Technology》。