一見奇跡的に見えるイノベーションにより、産業社会の増え続ける渇きを和らげることが可能になりました。もっとエネルギーが必要ですか?深い層の岩から砕きます。淡水？海の流れを淡水化します。貴金属?以前は採掘できなかった低品位の鉱石から浸出させます。

しかし、これらの驚異やその他の驚異は、私たちを塩分濃度の高い塩水の海の漬け物状態に置き去りにします。この「塩水」（海水の何倍も塩分濃度が高く、汚染物質で汚染されていることが多い廃水）は、これらの産業プロセスやその他の産業プロセスの副産物であり、問​​題となっています。

「総溶解固形物が60,000㎎㎥を超えるブライン溶液の処分には、技術的、環境的、経済的なハードルがあり、ほとんど未解決のままです」とアラップ・セングプタ氏は述べた。ロッシン リーハイ大学土木環境工学教授。

しかし、セングプタ氏と客員研究員ハオ・チェン氏（当時は博士課程の学生）が開発した新しいアプローチは、超塩分濃度の高い水に潜む貴重な資源の浄化、さらには潜在的な資源の解明において飛躍的な進歩を遂げた。作品は出版された日記で自然の水。

現在の方法

この副産物を処理する現在の方法は複雑になることがよくあります環境被害工業プロセスに固有のものです。

• 高塩分を含む塩水を海に戻すことは、沿岸の淡水化プラントでは一般的な方法ですが、そうすることは深海の生態系を破壊する可能性があります。
• 内陸の産業施設からの廃水は、多くの場合、巨大な開放プールで太陽の下で蒸発させられますが、このプロセスは非効率的で、天候に左右され、地下水と周囲の環境の両方を脅かす汚染物質が集中する傾向があります。
• 地球内の深井戸に塩水を汲み上げることは一般的な行為でしたが、それが引き起こす生態学的および地質学的損傷のため、多くの地域で禁止されています。
• 多段階熱蒸留や膜蒸留などの他の方法にはいくつかの利点がありますが、熱を発生させるために大量のエネルギー投入が必要であり、スケールの蓄積や不可逆的な汚れ、または装置の汚染が発生しやすいという欠点もあります。

結晶化固体の収集に役立つレベルまで塩水を濃縮する方法の開発は、米国内務省および他の世界の水関連機関の優先事項となっている。

結晶化した固体はより簡単に廃棄でき、次の用途に再利用できます。産業プロセスリチウムを含む貴金属も「採掘」されています。

新しいソリューション

SenGupta と Chen は、空気湿度とイオン交換を使用して室温で塩水を濃縮する新しいプロセスである蒸発イオン交換 (EIX) を開発しました。既存の方法とは異なり、EIX はスケーリングや汚れを回避し、効率的な設計により自然蒸発よりもはるかに高速です。

高分子イオン交換樹脂ビーズを使用しており、高濃度に帯電したゲルの一種です。官能基、または電荷が反対の電荷のイオンと結合する原子。ビーズが水と接触すると、樹脂の内圧によって塩やその他の化合物をはじきながら、すぐに水を吸収します。

「この現象は順浸透に似ていますが、半透膜は物理的に存在しません。代わりに、イオン交換体と水の界面が半透膜として機能し、水の取り込みが非常に速くなります」とセングプタ氏は述べた。

その後、乾燥した空気にさらされると、樹脂は外部からの熱入力を必要とせず、室温での蒸発により空気中に水を放出します。

「このサイクルを繰り返すことで、樹脂は周囲温度で継続的に溶液を濃縮することができます」とSenGupta氏は述べた。「このプロセスは迅速であり、必要な総エネルギーは周囲の空気によって供給されます。」

この研究で使用されたベース樹脂は、飲料水システム用に市販されているイオン交換樹脂である Purolite A502P でした。研究者らは材料に二酸化ジルコニウム（ZrO）をドープした。2_{）ナノ粒子を配合することで比重を確保し、樹脂の浮きを防ぎます。}実験

このプロセスをテストするために、研究者らは研究室で作成された合成超塩水と、ペンシルベニア州とニュージャージー州のマーセラス・シェール地域のガス井サイトから収集された超塩水の両方を使用して実験を実施した。

マーセラスのサンプルには、塩に加えて、高濃度のバリウム陽イオン、ストロンチウム陽イオン、カルシウムイオンが含まれていました。

EIX ビーズをベッドに置き、樹脂が飽和に達するまでブラインで満たしました。床からブラインを排出し、次に樹脂を非加熱の吹き付け空気にさらして蒸発させ、残りのブラインの総体積と総溶解固体 (TDS) を測定しました。次に、残りのブラインを使用してこのサイクルを繰り返しました。

• 3 サイクルの完了後、残りの合成ブラインの体積はほぼ 3 倍に減少し、残りの合成ブラインの TDS はほぼ 3 倍に増加しました。
• 同一のポリマービーズを使用してイオン交換官能基を使用せずに実行したサイクルでは、合成ブラインの TDS の増加は 20% 未満でした。
• Marcellus サンプルを使用して 4 サイクルを実行した後、バリウム、ナトリウム、塩素の濃度が溶解度の限界を超えて濃縮され、塩化バリウムと塩化ナトリウムの塩が直接結晶化しました。
• このプロセスでは樹脂のスケールや汚れは発生せず、実験により、天然に存在するハイパーブラインからリチウムを濃縮して回収できることが示されました。

「この研究の最も注目すべき発見は、室温で4回のEIXサイクル後のマーセラスガス井戸からの超塩水からの塩の沈殿/結晶化である」とSenGupta氏は述べた。「文献によると、他にはありません塩水濃縮プロセスでは、周囲温度で初期結晶化が起こります。」

セングプタ氏は、このプロセスの利点により、このプロセスが拡大して広く使用される可能性について楽観的だと述べた。次のステップは、パイロット システムを実行し、そのプロセス パラメーターと他の高温プロセスと比較したエネルギーの利点を記録することです。

「EIX プロセスでは、プロセスのスケールアップのために特殊な材料を製造する必要はありません」と SenGupta 氏は述べています。「熱や大規模なエネルギー源を必要としません。急速にスケールアップできます。」