人工智能对水过滤器设计的改进

即使是最好的滤水器也会让一些东西通过，但设计改进的材料并进行测试既费时又困难。现在，ACS中央科学的研究人员报告说，人工智能(AI)可以加速有前途的材料的开发。在一项概念验证研究中，他们模拟了过滤器多孔膜上不同的吸水和拒水基团的模式，并找到了最佳的安排，可以让水轻松通过并减缓一些污染物。

过滤系统，从水龙头附件到房间大小的工业系统，清洁饮用水和其他用途的水。然而，如果水非常脏或有小的中性分子，如硼酸(一种用于农作物的常见杀虫剂)，目前的过滤膜就很难使用。这是因为合成多孔材料通常仅限于根据尺寸或电荷对化合物进行分类。但是生物膜有由蛋白质组成的孔，比如水通道蛋白，它可以通过大小和电荷将水与其他分子分开，因为通道中排列着不同类型的官能团或原子集合。受到合成多孔材料的启发，M. Scott Shell和他的同事们想用计算机设计碳纳米管孔隙的内部，以过滤含硼酸的水。

研究人员模拟了一个碳纳米管通道，其中羟基(吸水基团)和/或甲基(拒水基团)系在内壁的每个原子上。然后，他们用优化算法和机器学习(一种人工智能)设计并测试了数千种官能团模式，以评估水和硼酸通过孔隙的速度。以下是他们的发现:

• 最理想的模式是一到两排羟基夹在甲基之间，在孔的中部形成环。
• 在这些模拟中，水通过孔隙的速度几乎是硼酸的两倍。
• 另一系列模拟表明，其他中性溶质，包括苯酚、苯和异丙醇，也可以通过优化的碳纳米管设计从水中分离出来。

研究人员说，这项研究证明了人工智能在开发具有新特性的水净化膜方面的有用性，并可以形成一种新型过滤系统的基础。他们补充说，这种方法可以适用于设计与水或其他分子有独特相互作用的表面，比如抗污垢的涂层。

参考:焦山，李志强，李志强。孔壁化学反设计控制溶质运移和选择性。ACS分科学．2022年11月30日在线发布。doi:10.1021 / acscentsci.2c01011

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