近日，金沙威尼斯官网水处理技术与水质安全团队区然雯课题组在环境领域期刊 ACS EST Water 上发表了题为“Application of poly (diallyl dimethyl ammonium chloride) as for-ward osmosis draw agent: the quantified effect of osmotic pressure and viscosity”的研究论文。该论文系统研究了聚电解质汲取液物理化学性质对正渗透水通量的影响，并总结了28种聚电解质溶液的相关数据以验证研究结论的普适性，为聚电解质汲取液的选取提供了科学建议。
1、研究背景
正渗透（FO）过程因其膜污染较轻、驱动力高和截留率高等优势在水样预处理和废水浓缩方面展现出了应用潜力。FO过程包括两个步骤。首先，FO膜两侧的渗透压差驱动水从原料液侧穿过FO膜至汲取液侧，以达到浓缩原料液的目的。其次，稀释后的汲取液进行再生或者浓缩，同时回收淡水。因此，汲取液所能提供的渗透压及其回收再生难易程度决定着正渗透工艺的效率与能耗。
FO过程常用的汲取液种类有盐、葡萄糖、聚电解质、亲水颗粒和水凝胶等，其中聚电解质既可以提供类似于盐溶液的高渗透压，又可以通过多种方式回收，具有较好的应用前景。通过聚电解质溶液的理化性质进行正渗透汲取液的选取可以有效缩短试验时间、减少研发费用，然而目前的研究主要专注于某种聚电解质汲取液的性能分析，系列聚电解质溶液的渗透压、粘度等物理性质对FO水通量的定量影响尚不明确。
图文摘要
2、研究成果
研究首先选取了四种分子量的、无毒易得的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液（PDDA）作为FO汲取液，系统地分析了渗透压和粘度对FO水通量的量化影响。
(1) 研究表明35 wt %的PDDA (<100 kDa) 溶液由于正渗透水通量较高且反向盐通量低，具有一定的应用前景。以去离子水为原料液时，其FO水通量为8.8 LMH，反向盐通量为1.2 gMH；以15400 ppm合成高盐废水为原料液时，其FO水通量为8.0 LMH，优于其他常研究的聚电解质溶液。
(2) 研究定量分析了聚电解质渗透压、粘度和水通量的关系。聚电解质溶液的渗透压对FO水通量起主要的、正向的作用，而粘度对FO水通量的影响是次要的、负向的结论。结果表明，4种相同黏度均为80.0 mPa s、渗透压为1.18 ~ 6.12 MPa的PDDA溶液的FO水通量变化率为115%，而渗透压均为2.90 MPa、黏度为28.9 ~ 453 mPa s的PDDA溶液对FO水通量的变化率只有11.5%。
图1. 单一变量下FO水通量和K值（溶质扩散电阻率）随渗透压和粘度的变化趋势
(3) 研究总结了28种聚电解质汲取液的相关数据，验证上述结论的普适性。
(4) 本研究可为PDDA在其他各类废水处理、食品浓缩、资源回收等方面的应用提供指导，并为聚电解质汲取液的选择提供科学建议。
图2. 28种聚电解质汲取液渗透压、粘度与FO水通量的关系
3、研究团队
论文的通讯作者为金沙威尼斯官网区然雯副教授，第一作者为2022级硕士生唐梦雨。
文、图 | 唐梦雨
责任编辑 | 区然雯
排版 | 吴晓倩
