我院罗玖副教授带领2024级大数据本科生张昊，在国际环境领域高水平学术期刊《Environmental Science & Technology》上发表研究论文。论文基于高保真三维多物理场耦合模型，揭示了仿生膜组件隔网设计在超高通量海水淡化中的传质增强机制，为实现低碳、高效的海水淡化与水处理技术提供了创新设计思路。
淡水资源短缺使海水淡化成为可持续供水的重要技术。高通量淡化膜技术虽可显著提升产水效率，但高通量操作工况导致浓差极化与膜污染问题加剧，限制了膜材料的性能。因此，如何突破传质-阻力的权衡瓶颈，在低流动阻力下强化膜边界层传质进而抑制膜表面浓极化与膜污染，成为突破高通量淡化技术的关键瓶颈。
本文对膜组件进水隔网创新设计在高通量海水淡化应用的关键作用进行系统评估，揭示了仿生膜组件隔网结构强化边界层扰动、促进膜表面传质的作用机制。研究结果表明：与商业进水隔网相比，边界层传质性能显著提升至2倍以上，而压降仅增加54%。采用创新进水隔网设计方案，将浓差极化控制在合理范围前提下，实现入口水通量高达245 L/(m2 h)。在相同条件下，基于商用隔网的入口水通量仅为139 L/(m2 h)，且导致严重的浓差极化，增加了膜污染风险。仿生膜组件隔网结构可诱导有效涡流，改善流场与浓度梯度协同关系，从而增强膜表面传质、减少膜表面盐分积累，提升产水通量。
本文面向下一代超高通量反渗透海水淡化系统，通过高保真多物理场耦合模型模拟结果，表明新型膜组件隔网结构设计可有效突破超高通量海水淡化中的传质瓶颈，为抑制浓差极化、降低膜污染风险、提升产水通量和水质提供了新的设计路径。该工作为“膜材料-膜组件-系统运行”多尺度协同优化提供了重要理论依据，未来有望结合规模化低成本制造、智能运行调控和实际工况验证，进一步推动超高通量淡化系统发展。
《Environmental Science & Technology》是美国化学会ACS旗下环境领域的旗舰期刊，也是自然指数（Nature Index）收录的145种顶级期刊之一。该刊2024年影响因子为11.3，CiteScore为18.1，在环境科学与工程领域具有广泛国际影响力。
论文标题：Breaking Mass-Transfer Limits with an Innovative Spacer Design for Ultrafast Water Desalination
论文DOI：https://doi.org/10.1021/acs.est.6c01603