近期，中国科学技术大学环境学院在Environmental Science & Technology发表题为“Decoupling Energy Demand from Boron Compliance in Seawater Desalination via a Hybrid Single-Pass Multi-Stage (HSPM) System”的研究论文。研究提出了一种基于混合单级多段（Hybrid Single-Pass Multi-Stage，HSPM）系统的海水淡化低能耗除硼新策略，系统揭示了硼在聚酰胺反渗透膜中的传质机制及膜性能与系统工艺的协同优化规律，并对系统节能潜力进行了理论评估。

海水淡化是缓解全球淡水资源短缺的重要技术，但海水中的硼主要以中性硼酸形式存在，传统聚酰胺反渗透膜对其截留能力有限。为满足饮用水和工业用水日益严格的硼浓度标准，现有海水淡化工艺通常采用高能耗的双级反渗透（Two-Pass RO）工艺，显著增加了系统运行成本。因此，如何在保证出水硼浓度达标的同时降低能耗，一直是海水淡化领域亟待突破的关键科学与工程问题。

针对这一挑战，研究团队提出了基于受控氯化改性反渗透膜的HSPM海水淡化系统。通过受控氯化工艺对商业聚酰胺反渗透膜进行调控，该系统在显著提高膜水渗透性的同时保持了优异的盐分和硼截留性能。进一步地，为充分发挥高渗透性膜材料的优势，研究团队建立了膜性能—系统配置多维性能图谱，优化了HSPM系统运行参数，实现了膜材料性能与系统工艺设计的协同匹配。结果表明，在相同膜性能条件下，仅通过HSPM系统优化即可较传统双级反渗透工艺降低约33%的理论能耗；进一步结合高渗透性改性反渗透膜后，系统理论节能幅度可达约42.5%。该研究突破了传统通过增加膜选择性实现除硼的思路，提出了膜材料性能优化与系统工艺创新协同设计的新范式，为海水淡化及高品质再生水生产提供了一条兼具低能耗、高效率和可扩展性的技术路线，也为不同应用场景下膜材料筛选与系统集成优化提供了新的理论依据。

图. 基于混合单级多段（HSPM）系统的海水淡化除硼策略

该研究得到了国家自然科学基金等项目资助，并获得中国科学技术大学微纳研究与制造中心、理化科学实验中心等平台的技术支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.6c02502