מים מצויים בכמויות עצומות בימים ובאוקיינוסים ברחבי הגלובוס, אך רק בעשורים האחרונים פותחו טכנולוגיות התפלה בעלות סבירה שמאפשרות להפוך מי ים למים שפירים ואיכותיים עם ריכוז מלחים נמוך שמתאימים לשתייה ולהשקיה חקלאית. אחת הדרכים הנפוצות להתפלת מי ים והפיכתם למים שפירים באיכות גבוהה היא התפלה באמצעות ממברנות, שיטה לסינון המבוססת על יכולת הממברנה למנוע מעבר של מלחים ובתוך כך לאפשר מעבר של מים טהורים. השיטה הרווחת ביותר להתפלה היא שימוש בממברנות אוסמוזה הפוכה (reverse osmosis) המפרידות את המלחים מהמים. הממברנות מסננות את המים מכל המלחים שבהם על ידי דחיית כל היונים הנמצאים במי הים ביעילות גבוהה מ-99%. יונים הם אטומים או מולקולות עם מטען חשמלי; בניגוד לאטומים ניטרליים שאינם טעונים, שבהם מספר הפרוטונים בגרעין האטום שווה למספר האלקטרונים שמקיפים את הגרעין, אצל יונים מספר האלקטרונים שונה ממספר הפרוטונים. מכיוון שמלחים הם תרכובות יוניות, הממברנות שמסננות יונים למעשה מסננות החוצה את כל המלחים ומותירות מים בריכוז מלחים נמוך. הפרדת מי הים בשיטה זו יוצרת שני זרמים בעלי נפחים כמעט שווים: זרם של מים כמעט טהורים, כלומר כמעט ללא כל מלחים, וזרם נוסף שמכיל ריכוז גבוה מאוד של מלחים. אחד האתגרים המרכזיים בהתפלת מי ים לצורך השקיה הוא העובדה שהאטום בורון, המצוי במי הים בריכוז משמעותי, אינו נדחה על ידי ממברנות אוסמוזה הפוכה מכיוון ששיעור גבוה של בורון במי ים אינו מופיע במצב יוני. כתוצאה מכך, ריכוז הבורון במים שעברו התפלה גבוה מדי עבור גידולים חקלאיים שרגישים לחומר זה, דוגמת אבוקדו ופירות הדר. המחקר הנוכחי התמקד בין היתר בפיתוח מודל שיאפשר לחזות את ריכוזי הבורון שמתקבלים במים המותפלים כתוצאה מתנאי תפעול שונים. בנוסף הוצע תהליך חדש המאפשר את הפחתת ריכוז הבורון במים המותפלים לאחר שלב התפלה בודד. בשיטה זו ניתן לייעל את ההתפלה כך שלא ייווצר ריכוז גבוה מדי של בורון שעשוי לפגוע בגידולים חקלאיים. המחקר גם עסק בשיפור יכולת החיזוי של הפרדת היונים על ידי ממברנות ננופילטרציה (nanofiltration). ממברנות אלה פועלות באופן דומה לזה של ממברנות אוסמוזה הפוכה, אך הן פחות צפופות. מסיבה זו הן דוחות בעיקר יונים גדולים ובעלי מטען חשמלי גדול כגון סידן, מגנזיום וסולפאט. כתוצאה מכך, יונים גדולים אלה נותרים בזרם המים שמסוננים על ידי הממברנה (מי הרכז) בעוד שבזרם המים שעברו את הממברנה (זרם התסנין) נותרים ריכוזים של חומרים של יונים קטנים יותר, בעיקר נתרן וכלוריד. אלא שגם בזרם עם החומרים המסוננים, יחד עם המגנזיום והסולפאט, נשאר ריכוז משמעותי של יוני נתרן וכלוריד. וכאן נוצרת בעיה: מגנזיום הינו תוצר לוואי של תהליך ההתפלה שנחשב בעל ערך רק אם ניתן לבודד אותו לחלוטין מהיונים האחרים (פרט לסולפאט). כדי לעשות זאת, צריך להיפטר מהריכוזים הנותרים של יוני נתרן וכלוריד שנמצאים במי הים בכמויות גדולות מלכתחילה. כפי שראינו, הסינון הראשוני בשיטת הננופילטרציה אינו מאפשר להפריד את המגנזיום מהנתרן והכלוריד באופן מלא. במחקר שלנו פיתחנו שיטה חדשה להפעלת הסינון שמאפשרת הפרדה סלקטיבית של מגנזיום. שיטה זאת יעילה מבחינה כלכלית ביחס לחלופות ומאפשרת ייצור של זרם מגנזיום סולפאט נקי יחסית בו ניתן להשתמש ליישומים תעשייתיים שונים.