新型離子泵可從海水中提取鋰，并將鹽含量降低50%

該系統利用超薄金屬層控制水中的離子流動。

科學家們設計出一種革命性解決方案，通過制造一種無需依賴機械系統或化學反應即可在水中傳輸離子的薄膜，有望重塑海水淡化和水凈化領域。這支國際研究團隊（包括德國亥姆霍茲蓋斯特哈赫特材料與海洋研究中心的科學家）推出了一種新型離子泵，該泵利用多孔膜兩側的超薄金屬層來控制帶電粒子的運動。與依賴高能耗反應的傳統電化學系統不同，這種方法采用快速電開關來促進離子流動。

“這項工作引入了一種新方法，通過利用納米多孔材料中的棘輪機制，在水體中實現持續的離子傳輸，”位于德國泰爾托的亥姆霍茲可持續功能材料研究所所長弗朗西斯卡·托馬博士指出。

更智能的水凈化

這項創新代表了基礎電化學領域的一項重大進展。據報道，它基于一種簡單的物理效應。當施加低電壓并快速開關時，金屬界面會經歷反復的充放電循環。這一過程中的微小不平衡產生可控的離子流，從而在無需化學反應或活動部件的情況下有效泵送離子。這是該效應首次被用于離子傳輸。

“控制離子在液體中的運動對于許多技術和生物過程至關重要，”研究人員強調道。

為了展示該方法的潛力，研究團隊將該膜集成到一個緊湊的海水淡化系統中。在實驗室測試中，該設備能在極低電壓下運行，將水中的鹽含量降低高達50%。重要的是，該系統無需泵、需加壓的過濾器或化學添加劑，而這些因素通常會推高現有海水淡化技術的能耗并增加其復雜性。

該項目匯聚了來自加州大學歐文分校、特拉維夫大學、馬薩諸塞大學波士頓分校以及勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員。

離子流突破

研究結果凸顯了該膜在開發高能效水凈化和海水淡化解決方案方面的潛力。該膜還能通過利用離子在電場作用下行為的細微差異，實現同電荷離子的選擇性分離。這可能為從海水中回收鋰、從飲用水中去除重金屬、先進的電池回收以及新型診斷和傳感器技術開辟新途徑。

“除了基礎性的理論見解外，這一概念可能為更節能的海水淡化和選擇性離子分離開辟新方向，”托馬在新聞稿中表示。

該研究得到了美國國家科學基金會、美國能源部、歐洲研究理事會等主要資助機構的支持，凸顯了跨學科合作在解決全球水資源挑戰中的重要性。它也展示了跨學科研究如何為具有高度環境和社會相關性的挑戰提供解決方案。

“看到多年前最初提出的一個想法，通過國際合作和堅持不懈，最終發展成為一項具有技術潛力、產生重要影響的科學成果，這尤其有意義，”托馬總結道。

該研究已發表在《自然·材料》期刊上。

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