从海水到饮用水，只需按一下按钮

与其他需要水通过过滤器的便携式海水淡化装置不同，这种装置利用电力来去除饮用水中的颗粒。无需更换过滤器，大大降低了长期维护要求。

这可以使该单元部署在偏远和资源严重有限的地区，如小岛上的社区或海上货船上。它还可以用于帮助逃离自然灾害的难民，或用于执行长期军事行动的士兵。

“这真的是我和我的团队十年旅程的高潮。我们在单个海水淡化过程背后的物理学上工作了多年，但将所有这些进步推进到一个盒子里，建立一个系统，并在海洋中进行演示，这对我来说是一次真正有意义和有益的经历，”高级作者Jongyoon Han说，他是电气工程、计算机科学和生物工程教授，也是电子研究实验室(RLE)的成员。

与韩一起发表论文的还有第一作者Junghyo Yoon，他是RLE的研究科学家;前博士后Hyukjin J. Kwon;东北大学博士后Kang SungKu;以及美国陆军作战能力发展司令部(DEVCOM)的埃里克·布拉克。这项研究已经发表在《环境科学与技术“，”

过滤游离技术

Yoon解释说，商用便携式海水淡化装置通常需要高压泵将水通过过滤器，在不影响设备能效的情况下，很难将其小型化。

相反，他们的装置依赖于一种叫做离子浓度极化(ICP)的技术，这种技术是韩的团队在10多年前首创的。而不是过滤水，ICP工艺应用一个电场的膜放置在上面和下面的水通道。当带正电荷或负电荷的粒子(包括盐分子、细菌和病毒)流过时，这种膜会排斥它们。带电粒子被输送到第二股水流中，最终被排出。

该过程去除溶解和悬浮固体，让清洁的水通过通道。由于它只需要一个低压泵，ICP比其他技术使用更少的能源。

但是ICP并不总是能去除所有漂浮在通道中间的盐。因此，研究人员采用了第二种被称为电渗析的方法来去除剩余的盐离子。

Yoon和Kang使用机器学习找到ICP和电渗析模块的理想组合。最佳的设置包括一个两阶段的ICP过程，水在第一阶段流过六个模块，然后在第二阶段流过三个模块，然后是一个单一的电渗析过程。这最大限度地减少了能源消耗，同时确保过程保持自清洁。

Yoon解释说:“虽然一些带电粒子确实可以在离子交换膜上被捕获，但如果它们被捕获，我们只需要反转电场的极性，带电粒子就可以很容易地被移除。”

他们缩小并堆叠ICP和电渗析模块，以提高其能源效率，并使其适合于便携式设备。研究人员为非专家设计了这种设备，只需一个按钮就可以启动自动脱盐和净化过程。一旦盐度水平和颗粒数量下降到特定的阈值，该设备就会通知用户水可以饮用了。

研究人员还开发了一款智能手机应用程序，可以无线控制该装置，并报告电力消耗和水盐度的实时数据。

海滩上测试

在使用不同盐度和浊度(云量)的水进行实验室实验后，他们在波士顿的卡森海滩现场测试了该设备。

尹某和权某把盒子放在岸边，然后把饲料管扔进水里。在大约半小时内，该设备将一个塑料饮水杯装满了清澈的饮用水。

“它在第一次播出时就取得了成功，令人兴奋和惊讶。但我认为我们成功的主要原因是我们一路走来所取得的所有这些小进步的积累，”韩说。

由此产生的水超过了世界卫生组织的质量准则，该装置将悬浮固体的数量减少了至少10倍。他们的原型以每小时0.3升的速度生产饮用水，每升只需要20瓦的电力。

“现在，我们正在推动我们的研究，以扩大生产速度，”Yoon说。

Han说，设计便携式系统的最大挑战之一是设计一种任何人都可以使用的直观设备。

尹光雄希望通过将该技术商业化的创业公司，使该设备更加人性化，提高能源效率和生产率。

在实验室里，韩寒想把他在过去十年学到的经验应用到除海水淡化之外的水质问题上，比如快速检测饮用水中的污染物。

“这绝对是一个令人兴奋的项目，我为我们迄今取得的进展感到自豪，但仍有很多工作要做，”他说。

例如，纽约大学阿布扎比水研究中心工程学教授兼主任尼达尔·希拉尔(Nidal Hilal)指出，虽然“使用电膜工艺开发便携式系统是离网、小规模海水淡化的一个新颖而令人兴奋的方向”，但污染的影响，特别是如果水具有高浑浊度，可能会显著增加维护要求和能源成本，他没有参与这项研究。

“另一个限制是使用昂贵的材料，”他补充说。“看到使用低成本材料的类似系统会很有趣。”

该研究部分由DEVCOM士兵中心、Abdul Latif Jameel水和食品系统实验室(J-WAFS)、东北大学实验人工智能博士后奖学金计划和Roux人工智能研究所资助。