反渗透过程已被证明是从海水中去除盐分和增加清洁水供应的最先进方法。其他应用包括废水处理和能源生产。

现在，一组研究人员在一项新研究中揭示，关于反渗透如何工作的标准解释——已被接受超过50年——从根本上是错误的。在此过程中，研究人员提出了另一种理论。除了纠正记录外，这些见解还可能导致更有效地使用反渗透。由MenachemElimelech教授的实验室领导的这项研究的结果发表在《科学进展》上。

反渗透——一项于1960年代首次投入使用的技术——通过让水通过半透膜来去除水中的盐分和杂质，半透膜允许水通过，同时阻挡污染物。为了准确解释它是如何工作的，研究人员使用了溶液扩散理论。该理论假设水分子通过其浓度梯度溶解并扩散通过膜——也就是说，分子从高浓度区域移动到分子较少的区域。虽然这个理论已经被广泛接受了50多年，甚至被写进了教科书，但Elimelech说他长期以来一直对此有疑问。

“一些假设没有任何意义，”斯特林化学与环境工程教授Elimelech说。例如，他说，该理论部分基于跨膜压力恒定的想法。“每当水流过任何多孔材料时，总会有压降。”

为了更好地了解所涉及的物理学，包括威斯康星大学麦迪逊分校和德克萨斯理工大学科学家在内的研究团队结合了实验和计算机模拟。具体来说，他们使用了分子运动的模拟，这表明水的传输是由膜内压力的变化驱动的。他们进一步表明，水分子成簇地穿过膜中的孔隙网络。这与基于溶液扩散模型的传统理论形成对比，后者假设水分子在膜中彼此分离。

作为对计算机模拟的补充，科学家们进行了实验，使他们能够观察水通过膜的情况。结果表明，水渗透膜的方式取决于膜孔径、水分子的大小和水的粘度。这也不符合溶液扩散模型。

总的来说，模拟和实验表明，反渗透不是由分子浓度驱动，而是由膜内的压力变化驱动。

Elimelech说，由于以前与反渗透相关的测量是基于对它在分子水平上的错误理解，许多推进该领域的尝试都走到了死胡同。他说，拥有一个更准确的理论来解释反渗透，可以为开发更有效的材料和技术以改进该过程开辟道路。