隨著海水淡化技術(shù)的不斷發(fā)展，“海水可以變成飲用水”已經(jīng)不是什么新鮮事。目前，這種技術(shù)在極度缺乏降水的中東地區(qū)已較為成熟，比如阿聯(lián)酋的杰貝勒阿里海水淡化廠每年可生產(chǎn)約 3 億立方米的淡水。

    不過，目前常用的海水淡化技術(shù)——過濾法和熱蒸餾法，要不需要施加高壓，以實(shí)現(xiàn)反滲透、脫去鹽分；或者要消耗大量的燃料及時間，將海水中的純水蒸餾出來…… 針對這些技術(shù)耗能高、耗時長等痛點(diǎn)，最近一支由曼徹斯頓大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)組成的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種 能快速篩選離子的過濾膜——改性氧化石墨烯薄膜 ，未來或許有望制造出一款能在幾分鐘內(nèi)將海水淡化為飲用水的過濾裝置。

海水淡化中使用的反滲透膜

    “新材料之王”石墨烯再添新技能——把海水變成飲用水海水淡化中使用的反滲透膜在早前，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)以重量最輕、強(qiáng)度最高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)而著稱的石墨烯被氧化后，能夠展示出較強(qiáng)的氣體分離及水處理能力。研究人員表示，氧化石墨烯薄膜雖然疏水，但浸泡于水后會出現(xiàn)大量約 0.9 納米寬的毛細(xì)通道，從而形成一種“精密的離子篩選膜”。另外為了控制毛細(xì)微孔的大小、防止薄膜在水中過度膨脹而降低篩選效果，科學(xué)家們還在薄膜兩邊涂覆了兩層由環(huán)氧樹脂組成的“阻隔墻”。

環(huán)氧樹脂改性氧化石墨烯薄膜

    “新材料之王”石墨烯再添新技能——把海水變成飲用水環(huán)氧樹脂改性氧化石墨烯薄膜團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)人 Rahul Nair 解釋道，當(dāng)鹽溶于水時，電離出的鈉離子和氯離子會被水分子包圍，在它們表明面形成一個“殼”。而這種結(jié)構(gòu)的直徑遠(yuǎn)大于環(huán)氧樹脂改性薄膜上毛細(xì)空洞的尺寸，因此 這種薄膜能夠表現(xiàn)出良好的“脫鹽效果”（海水淡化的關(guān)鍵）。

    另外，中國科大工程科學(xué)學(xué)院吳恒教授的計(jì)算機(jī)模型研究表明，這種薄膜在水中會出現(xiàn)一種名為“離子海綿”的現(xiàn)象——石墨烯與離子相互作用，使得大量離子聚集在納米通道附近，加快了過濾速度。據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，改性氧化石墨烯薄膜的擴(kuò)散速度是傳統(tǒng)濃度擴(kuò)散的上千倍。也就是說， 無需施加外壓，這種篩選薄膜亦能展現(xiàn)出較高的離子篩選效率 。

食鹽電離過程（白色為水分子、紅色為鈉離子、藍(lán)色為氯離子）

    “新材料之王”石墨烯再添新技能——把海水變成飲用水食鹽電離過程（白色為水分子、紅色為鈉離子、藍(lán)色為氯離子）西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室的 Ram Devanathan 評論道，單層石墨烯的造價很貴，但氧化石墨烯則便宜很多。這意味著，這種過濾膜或許能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，未來還有可能建造出能耗小、價格低廉、操作簡單的海水淡化裝置，或污水凈化系統(tǒng)，從而幫助一些無法負(fù)擔(dān)起大型海水淡化廠運(yùn)作的缺水國家解決水資源極度匱乏這一難題。

    現(xiàn)階段，這支研究團(tuán)隊(duì)正檢測改性薄膜的耐用性，以確定其使用期限。此外，他們還找到了一些改變改性氧化石墨烯薄膜毛細(xì)通道尺寸的方法（如機(jī)械壓縮），接下來或許還能設(shè)計(jì)出不同用途的高效離子篩選薄膜。

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