近期，环境科学与工程系朱秀萍课题组在Environmental Science & Technology期刊上发表了题为“Unlocking Hydrogel-Based Desalination with Ammonia Gas Dewatering”的research article，创新性地提出利用氨气作为驱动介质，实现聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）水凝胶（PAAM）的高效脱水与脱盐。该技术凭借氨气强大的渗透压作为驱动力，大幅提升水凝胶脱水效率，达到110  gH2O/ghydrogel/h的脱水速率以及600-1100 LH2O/kghydrogel的日均产水量，且脱盐率稳定在约60%。

团队通过系统实验揭示了氨气浓度与水凝胶脱水性能间的关系，并成功实现脱水产水中氨气的高效吹脱回收，降低环境排放风险，兼顾能耗优化，展现出良好的循环稳定性和节能优势。更重要的是，该技术不仅适用于微咸水的高效处理，更为农业灌溉水源提供了可靠保障。上海东滩采集的微咸水经过水凝胶处理后，重要营养离子得到有效保留且盐分大幅下降，成功促进水稻种子萌发和幼苗生长，验证了该技术在农业用水领域的巨大潜力。

图5. 脱盐后微咸水在水稻栽培中的表现。（a）原始微咸水与脱盐后微咸水中的离子浓度。（b）用于水稻栽培的水凝胶脱脱水-盐系统示意图。（c）用脱盐微咸水及相应对照水灌溉的水稻种子发芽率和芽高。（d）第7天用脱盐微咸水及相应对照水灌溉的水稻种子照片。

此外，研究团队还创新设计了水凝胶-反渗透（RO）集成系统，将水凝胶体系作为反渗透工艺的前处理手段，显著降低了反渗透阶段的运行压力和能耗，整体节能幅度达51%。与传统超滤-反渗透系统相比，该方案在膜组件投资和维护成本上也有显著降低，可有效延长膜寿命并减少结垢风险，展现出极具市场竞争力的经济和环境双重效益。

图6. SCRO工艺中每个循环对进水1（a）和进水2（b）的详细操作示意图。（c）SCRO工艺中两条水流的操作结果表。（d）UF-RO系统与水凝胶-RO系统的总比能耗（SEC）对比。（e）UF-RO系统与水凝胶-RO系统的总资本成本对比。Hyd（水凝胶）、HPP（高压泵）、BP（增压泵）、T（水箱）、ERD（能量回收装置）。

该项研究不仅开创了利用氨气促进水凝胶脱水的新思路，推动了高性能水凝胶海水淡化技术向实用化迈进，还为解决水资源短缺提供了创新路径。未来，团队将继续深化氨气与水凝胶相互作用机制的研究，推动技术规模化应用，并积极探索在更广泛水处理领域的推广价值。

论文的共同第一作者是环境系博士后费静媛和路易斯安那州立大学博士生孙玮良。国家自然科学基金（52270029）支持了本项研究，成果发表在国际知名期刊《Environmental Science & Technology》。

供稿：朱秀萍课题组

审核：张立武