看似神奇的创新使我们能够满足工业社会日益增长的需求。需要更多能量吗？从深层岩石中压裂它。淡水？海水淡化。贵金属？从以前无法开采的低品位矿石中浸出它们。

但这些和其他奇迹让我们陷入了困境——淹没在超​​咸盐水的海洋中。这种“盐水”——废水中的盐分含量比海水高出很多倍，并且经常被污染物污染——是这些工业过程和其他工业过程的副产品，这是一个问题。

“溶解固体总量超过 60,000mg-l-1 的盐水溶液的处理会带来技术、环境和经济障碍，但这些障碍大多尚未解决，”Arup SenGupta，P.C. 说。理海大学土木与环境工程罗辛教授。

然而，森古普塔和客座研究员陈浩（当时是一名博士生）开发的一种新方法代表了清理甚至可能释放潜伏在超咸水中的宝贵资源的飞跃。工作是发表在日记中天然水。

目前的方法

目前处理这种副产物的方法通常是复合的环境破坏工业过程中固有的。

• 将高盐度盐水泵回海洋是沿海海水淡化厂的常见做法，但这样做会破坏深海生态系统。
• 来自内陆工业设施的废水通常在大型露天水池中在阳光下蒸发，但这个过程效率低下，依赖天气，并且容易产生污染物浓度，威胁地下水和周围环境。
• 将盐水泵入地球深井是一种常见的做法，但由于其造成的生态和地质破坏，在许多地区已被禁止。
• 其他方法，如多级热蒸馏和膜蒸馏，具有一些优点，但也需要大量能量输入来产生热量，并且容易形成水垢和不可逆的结垢或设备污染。

开发将盐水浓缩至有利于收集结晶固体的水平的方法已成为美国内政部和其他全球水务机构的优先事项。

结晶固体可以更容易地处理，重新用于工业过程甚至“开采”包括锂在内的贵金属。

新的解决方案

SenGupta 和 Chen 开发了一种新工艺——蒸发离子交换 (EIX)，利用空气湿度和离子交换在室温下浓缩盐水。与现有方法不同，EIX 避免了结垢和结垢，并且由于其高效的设计，它比自然蒸发快得多。

它使用聚合物离子交换树脂珠，这是一种具有高浓度带电的凝胶。功能组，或电荷与相反电荷的离子结合的原子。当珠子与水接触时，树脂的内部压力使其快速吸收水分，同时排斥盐和其他化合物。

SenGupta 说：“这种现象与正向渗透类似，但物理上不存在半透膜。相反，离子交换器与水的界面充当半透膜，吸水速度非常快。”

当暴露在干燥空气中时，树脂在室温下通过蒸发将水释放到空气中，而不需要外部热量输入。

“这个循环可以重复，使树脂能够在环境温度下连续浓缩溶液，”森古普塔说。“这个过程很快，总的能量需求是由环境空气提供的。”

研究中使用的基础树脂是 Purolite A502P，这是一种用于饮用水系统的市售离子交换树脂。研究人员在该材料中掺杂了二氧化锆（ZrO2_{）纳米粒子，以保证其比重并防止树脂漂浮。}实验

为了测试该过程，研究人员使用实验室制造的合成超咸盐水和从宾夕法尼亚州和新泽西州马塞勒斯页岩地区的气井收集的超咸水进行了实验。

除盐外，马塞勒斯样品还含有高浓度的钡阳离子、锶阳离子和钙离子。

将 EIX 珠放置在床上，然后填充盐水直至树脂达到饱和。将床中的盐水排干，然后将树脂暴露于吹入的未加热空气中进行蒸发，并测量剩余盐水的总体积和总溶解固体(TDS)。然后使用剩余的盐水重复该循环。

• 三个循环完成后，剩余合成盐水的体积减少了近三倍，而剩余合成盐水的TDS增加了近三倍。
• 使用相同的聚合物珠但没有离子交换官能团进行循环，合成盐水的 TDS 增加了不到 20%。
• 对马塞勒斯样品进行四个循环后，钡、钠和氯的浓度浓缩到超出溶解度极限，导致氯化钡和氯化钠盐直接结晶。
• 该过程不会导致树脂结垢或结垢，并且实验表明能够从天然存在的超盐水中浓缩和回收锂。

SenGupta 说：“这项研究最引人注目的发现是，在环境温度下经过四次 EIX 循环后，马塞勒斯气井的超咸水中的盐发生了沉淀/结晶。”“根据文献记载，没有其他盐水浓缩过程在环境温度下达到初始结晶。”

SenGupta 表示，该工艺的优势使他对该工艺扩大规模并广泛使用的潜力感到乐观。下一步将是运行试点系统并记录其工艺参数以及与其他高温工艺相比的能源优势。

SenGupta 表示：“EIX 工艺不需要制造任何特殊材料来扩大工艺规模。”“它不需要任何热量或主要能源。它可以迅速扩大规模。”