隨著海水淡化技術的不斷發展，“海水變成飲用水”已經不是什么新鮮事。目前，這種技術在極度缺乏降水的中東地區已較為成熟，比如阿聯酋的杰貝勒阿里海水淡化廠每年可生產約 3 億立方米的淡水。

    不過，目前常用的海水淡化技術——過濾法和熱蒸餾法，要不需要施加高壓，以實現反滲透、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……針對這些技術耗能高、耗時長等痛點，最近一支由曼徹斯特大學和中國科學技術大學組成的科學家團隊研發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

    這項新發現被發表在《自然·納米技術》雜志上。

    在早前，科學家們發現以重量最輕、強度最高、導電導熱性能最強而著稱的石墨烯被氧化后，顯示出了進行氣體分離和水過濾的強大潛力，它們已經被證實可以用于過濾掉小納米顆粒，有機分子甚至大顆粒的鹽的能力。然而它們不能用于篩出脫鹽技術中的普通鹽類，因為它們的“篩孔”還不夠小。

    曼徹斯特大學以前的研究發現，如果浸入水中，石墨烯氧化物膜變得腫脹，雖然膜還能阻斷較大的鹽類，但較小的鹽與水還能一起通過薄膜。

    曼徹斯特的團隊現在已經進一步開發了這些石墨烯膜，并且發現了一種避免膜暴露于水時溶脹的方法——在薄膜兩邊涂覆2層由環氧樹脂組成的“阻隔墻”。他們已經可以精確控制膜中的孔徑，從而可以從咸水中過濾出普通的鹽，保證飲用的安全性。

    △科學家用石墨烯制成了可以篩掉鹽類離子的“篩子”——環氧樹脂改性氧化石墨烯薄膜

    曼徹斯特大學的 Rahul Nair 教授解釋說：當鹽溶于水時，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”。而這種結構的直徑遠大于環氧樹脂改性薄膜上毛細空洞的尺寸，因此這種薄膜能夠表現出良好的“脫鹽效果”（海水淡化的關鍵）。

    另外，中國科大工程科學學院吳恒教授的計算機模型研究表明，這種薄膜在水中會出現一種名為“離子海綿”的現象——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。

    西北太平洋國家實驗室的 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現量產，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，從而幫助一些無法負擔起大型海水淡化廠運作的缺水國家解決水資源極度匱乏這一難題。

    到 2025年，聯合國預計世界人口的14%將遇到缺水問題。這種技術有可能徹底改變世界各地的水過濾系統，特別是在無法建造大型脫鹽廠的國家。

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責任編輯：王元

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