获得干净的水是我们许多人认为理所当然的特权。全球有超过270万人死于Covid-19,值得注意的是,保守估计每年有180万人死于水污染,其中许多是儿童。

水龙头的插图

来源:©Mitch Blunt/Ikon Images

考虑到开发可持续的、负担得起的清洁水生产技术的重要性,当我看到一项研究我们在2月份报道过起初,我很难相信这是一种新的突破。科学家们肯定经常使用最先进的计算工具,如分子动力学模拟,在分子水平上了解廉价和当地丰富的材料如何从水源中去除重金属等污染物?显然不是。

分子动力学模拟使科学家能够以实验技术无法达到的空间和时间分辨率仔细检查化学系统。计算能力和力场的进步意味着现在可以在纳秒时间尺度上对由数百万个原子组成的系统进行分子动力学模拟,这足以探测许多生物分子现象。你只需要考虑模拟如何促进药物发现,就能了解它们有多有用。使用分子动力学模拟来筛选分子库,以找到最适合治疗靶标结合袋的分子,其生产力的提高可能是最明显的好处。但还有更多。

研究人员通过分子动力学模拟研究了由液晶、氧化石墨烯和碳纳米管等材料制成的水净化膜。模拟可以帮助解释和指导实验。它们可以帮助研究人员了解材料在不同环境中可能存在的稳定性问题,以及哪些官能团会加速或减慢水的运输。

许多水净化概念无法成为现实生活中的应用,因为它们很难扩大规模。在资金和能源方面的使用便利性和成本效益也同样重要,特别是在经常缺乏清洁水的资源贫乏社区

气候变化、基础设施老化和城市化意味着围绕水的质量和数量的全球挑战将会加剧。解决这些问题的方法不仅仅是开发巧妙的技术和材料。水净化研究需要一个涉及化学家、环境科学家、产品设计师、社会科学家和经济学家的整体方法。跨学科合作需要成为常规,有效的国际政策也需要将技术带到需要的地方。如果不结合不同的专业知识从各个角度解决问题,科学永远无法解决地球上最紧迫的问题。