新型离子泵可从海水中提取锂，并将盐含量降低50%

该系统利用超薄金属层控制水中的离子流动。

科学家们设计出一种革命性解决方案，通过制造一种无需依赖机械系统或化学反应即可在水中传输离子的薄膜，有望重塑海水淡化和水净化领域。这支国际研究团队（包括德国亥姆霍兹盖斯特哈赫特材料与海洋研究中心的科学家）推出了一种新型离子泵，该泵利用多孔膜两侧的超薄金属层来控制带电粒子的运动。与依赖高能耗反应的传统电化学系统不同，这种方法采用快速电开关来促进离子流动。

“这项工作引入了一种新方法，通过利用纳米多孔材料中的棘轮机制，在水体中实现持续的离子传输，”位于德国泰尔托的亥姆霍兹可持续功能材料研究所所长弗朗西斯卡·托马博士指出。

更智能的水净化

这项创新代表了基础电化学领域的一项重大进展。据报道，它基于一种简单的物理效应。当施加低电压并快速开关时，金属界面会经历反复的充放电循环。这一过程中的微小不平衡产生可控的离子流，从而在无需化学反应或活动部件的情况下有效泵送离子。这是该效应首次被用于离子传输。

“控制离子在液体中的运动对于许多技术和生物过程至关重要，”研究人员强调道。

为了展示该方法的潜力，研究团队将该膜集成到一个紧凑的海水淡化系统中。在实验室测试中，该设备能在极低电压下运行，将水中的盐含量降低高达50%。重要的是，该系统无需泵、需加压的过滤器或化学添加剂，而这些因素通常会推高现有海水淡化技术的能耗并增加其复杂性。

该项目汇聚了来自加州大学欧文分校、特拉维夫大学、马萨诸塞大学波士顿分校以及劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员。

离子流突破

研究结果凸显了该膜在开发高能效水净化和海水淡化解决方案方面的潜力。该膜还能通过利用离子在电场作用下行为的细微差异，实现同电荷离子的选择性分离。这可能为从海水中回收锂、从饮用水中去除重金属、先进的电池回收以及新型诊断和传感器技术开辟新途径。

“除了基础性的理论见解外，这一概念可能为更节能的海水淡化和选择性离子分离开辟新方向，”托马在新闻稿中表示。

该研究得到了美国国家科学基金会、美国能源部、欧洲研究理事会等主要资助机构的支持，凸显了跨学科合作在解决全球水资源挑战中的重要性。它也展示了跨学科研究如何为具有高度环境和社会相关性的挑战提供解决方案。

“看到多年前最初提出的一个想法，通过国际合作和坚持不懈，最终发展成为一项具有技术潜力、产生重要影响的科学成果，这尤其有意义，”托马总结道。

该研究已发表在《自然·材料》期刊上。

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