“膜”法净水术破解极端环境取水难

□ 记者 刘芮孜

一滴水，能从空气中取出吗？从沙漠里、海洋里，抑或是盐湖里取出？东华大学材料科学与工程学院的硕士生姚家傲及其团队经过不懈努力，将设想变为现实，解决极端环境下的喝水难题。

空气取水，开启“膜”法征途

此前，姚家傲曾在一则纪录片中看到智利阿塔卡马沙漠的居民在风口山坡上架起一排排“雾网”，耐心地等待空气中飘来的水汽在网面凝结成滴，用管子接入生活用水槽。那里是地球上最干旱的地方之一，却依靠空气里的水汽维生。这个画面激发姚家傲一个大胆的想法：“有没有可能做出一种比雾网更轻、更小、更高效的材料，让人类从空气中直接取出净水？”这成了姚家傲与团队成员共同开启“极端环境净水材料”研发的原点。

“那一刻我意识到，如果能设计出一种不依赖电力、不依赖设备、只靠自然条件就能吸附并净化空气中水分的材料，也许就能帮这些地方真正解决‘喝水难’的问题。”姚家傲说。于是，姚家傲和团队成员从植物“空气草”中汲取灵感，这种植物能在干旱气候中吸收雾气存活。通过模仿其叶片的非对称结构，团队成功开发出一种“双面性”多孔有机聚合物（POPs）膜材料，一面粗糙亲水负责集水，一面光滑疏水用于保水。历经无数次实验后，终于制成第一张真正能“喝空气”的功能膜。在这张膜上，第一滴“雾水”凝结而下，落入烧杯。看似微小的一滴，却开启了团队“膜法净水”的征途。

海水蒸发，驱动“膜”法革新

空气集水的成功让团队备受鼓舞，也引发了他们的第二个思考：如果这套技术能用于沙漠，那海岛呢？“很多海岛居民也没淡水喝，他们周围全是海水。”团队成员刘炜说。团队成员意识到，大气膜只能解决一类水问题，而极端环境中，像海岛、盐湖等，同样存在“水很多但都不能喝”的情况。

于是，团队决定挑战海水淡化的新课题。他们继续坚持低能耗、材料型解决路径。“白天有太阳，晚上有海浪，如果我们能把这些自然能量变成‘蒸汽’，是不是能让海水自己‘变清’？”带着这个想法，团队开始了新的设计。他们将光热吸收材料与压电材料组合，开发出一种能在阳光和波浪双重作用下工作的“复合蒸发膜”。阳光转化为热能，蒸发海水；海浪震动时产生微电场，加速水分子分离。为了测试膜的效果，团队带着设备上岛实测，在炎炎烈日下反复调试参数。测试结果也证实了这套设备能够在自然能驱动下稳定产出可饮水，这一探索不仅拓展了空气膜的应用逻辑，更打开了“材料驱动能源”的全新视角。

盐湖净化，赋予“膜”法生命

随着研究的深入，团队关注到第三类极端场景：高盐、高污染的盐湖地区。他们发现，传统纳滤膜在这类环境中极易被堵塞、污染，使用周期极短。于是提出更进一步的挑战：能否开发一种具备“抗菌自清洁”能力的膜材料，让其在极端环境中依然保持稳定净化性能？通过不断地试验，团队创新性地将具有光敏抗菌特性的卟啉基团引入POPs膜材料中，使其在光照条件下自动释放活性氧，持续杀灭膜面细菌，防止生物膜形成。同时，膜体具备良好的孔隙结构，确保盐分拦截和水通量的平衡。最终经过反复测试，团队成功设计出一款适用于盐湖等高污染水源的抗菌复合膜，具备高通量、高过滤率与抗菌性，能够实现稳定的水质净化。

从一滴空气水开始，延伸到海水、再到盐湖水，东华大学这支年轻的团队把每一个极端环境中的“水难题”都转化为“材料命题”。目前，团队的三类POPs功能膜产品——大气集水膜、海水蒸发器、抗菌纳滤膜，已完成中试测试，并与数家企业和国际水务机构达成合作意向。相关科研成果也相继发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie）等权威学术期刊。

在团队成员看来，科研的终点不是实验室的报告或论文的页数，而是那一滴可以在沙漠中收集、在海岛中分离、在盐湖中净化的水。后续，团队还计划将膜材料应用拓展到灾区应急供水、野外作业装备等领域。“未来，我们希望通过材料的创新不断拓宽水资源的应用边界，推动全球自然水资源开发方式的绿色转型。”团队队长姚家傲说。