Water Research IF 12.8， 是Nature Index 确认82世界顶刊之一。
亮点
•突破性的建立了膜的能量基础理论
•可以数字化描述流体在膜能量传递消耗的过程
•作为基础理论框架具有很好的理论延伸性
•膜的能量理论的突破为完善传质理论打下基础
研究进展
膜科学是新型高效的分离技术，是实现经济可持续发展战略的重要组成部分，是解决水资源缺乏和提供新水源的有效途径之一。美、欧、日等先进国家将膜技术作为基础技术进行研究与开发，认为其扮演着战略的角色。膜分离的本质是传质和传能过程。膜的传质和传能是具有紧密联系的两个基础理论，但均存在着核心知识的空白。流体传质理论是流体传能理论的基础，传质理论的现状也是导致膜的流体传能理论一直是黑匣机制的主因之一。此理论瓶颈关键在于膜的结构差异大，其包括螺旋微结构、多孔结构、多弯曲面、锯齿结构和柱状结构等。因此，无法将膜的结构特性归纳为某种代表性的结构，导致膜内流体流动的不可描述性。利用外加能源消耗替代膜流体能量损耗成为膜能量的基本原理，其本质依然是黑匣机制。
研究者普遍认为，计算机构建能量模型将会是未来此理论的突破点[18]。但却存在一些无法打破的瓶颈：1）在研究者头脑中是无法构建膜的流体流动的基本路线；2）过于复杂和过多的因素被考虑进去，构建的模型会导致其理论体系过于抽象和复杂而无法理解。
膜科学的传能基础理论的关键瓶颈，成为膜科学研究者必须突破却很难攻破的一道科学壁垒。因此，如何寻找新的研究途径，解决此科学问题变得极为重要。
本课题组以膜的流体力学原理为能量转化的基础，分析膜的流体穿膜过程中受到不同的作用力对能量的影响，构建膜的流体动力学模型框架。首先，膜两侧流体受到压力为初始总压差为△P，其可以转化为流体初始总能量 E0。当流体从膜的一侧流向另一侧时，碰到膜壁受到反弹力，消耗的能量为 EBC。在膜的内部受到两种力，分别为盐阻力（在流体具有相同初始能量 E0，盐阻力是指相对纯水条件下，由于盐的存在相比纯水条件下造成的额外能量损耗 NSR，NSR 对应的作用力称为盐阻力）和膜阻力，产生的能量分别为 EMR 和 NSR。流体流出膜的能量为有效能量，Er。因此，本研究从0到1建立膜的流体能量理论模型。
E0 = EBC+EMR +NSR + Er (1)
在此基础上，将其转化为可测量和计算的参数组成公式。
(2)
(3)
数字化解析膜的流体能量传递过程：
表1.膜的流体在FO和RO模式下的能量传递过程
此处以表1为例，可以直观看到我们以前所不知道的知识：1）膜的初始能量巨大，但此研究直观的显示其初始总能量相当于2.298 到11.49倍长江三峡的大坝高度差（110m）的能量。因此，其具有的初始能量是巨大的。那么追踪如此巨大的能量是如何消失，其是一件艰难而十分有趣的事。此理论的建立将给大家揭开这个目前世界无人所知的难题。
首先分析反弹力，是流体遇到第一个力，其消耗的能量约是1-10-8E0。为什么如此巨大的能量消耗，其原因很简单。当流体遇到膜时像碰到一堵墙，尽管墙上有些小孔，但巨大的能量都被反弹回。当然如何降低反弹力，文章有详细的描述。
盐阻力其消耗掉的能量是膜阻力的大约3-4倍。最后剩余的能量约占10-23E0。
作为一个基础理论框架，其一定要具有延伸性。
图1.盐浓度差与盐阻力消耗能量的关系
此方程的建立只是做了一点小小的延伸研究，但当大家关注到其方程的契合度，可以清楚的表明此理论框架具有很好的延伸性和应用性。
本研究的研究价值在这里不一一赘述，如果你是此方面的研究者或者科研爱好者，希望你能好好读读原文，他会给你的价值远远超出我在此的介绍。
文章作者：厉阗，王进军，钱坤，丁伟，张天成
通讯作者：丁伟
第一单位：西南大学
撰稿：厉阗 复审：李园媛 终审：唐荣发
