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发表时间:2022-09-29
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文章来源:中国海水淡化与水再利用学会
地球上,人类能使用的淡水含量为2.5%,剩余97.5%则是海水或咸水,而全球绝大部分国家则是严重缺水的,如何解决水资源问题成为国家和地区的头号难题。如果海水淡化得到规模化实现,将海水过滤直接转为饮用水,那么生活饮水和工业用水问题能得到有效解决。众所周知,通过蒸馏方法从大海中提取淡水耗时耗力,不能进行大规模生产。因此科学家们做出其它尝试,最终发现石墨烯薄膜在这方面则大有可为。
新型海水淡化方式
此前的理论计算证明,相比传统海水淡化膜,石墨烯制成的单层纳米孔二维薄膜具有超高的选择性分离效率。石墨烯过滤海水的机器其原理是把一片石墨烯打上许多小孔,其粗细只允许水分子通过,但是却可以将钠离子和氯离子过滤掉,对于石墨烯海水淡化膜目前分为两类:
一、石墨烯单层纳米孔二维薄膜
由袁荃和段镶锋等人组成的研究团队研究发现,采用石墨烯纳米筛和碳纳米管相结合的方法,可以制备出二元结构的石墨烯薄膜。此前的理论计算证明,相比传统的海水淡化膜,石墨烯制成的单层纳米孔二维薄膜具有超高的选择性分离效率,兼具有一定的机械强度。这种薄膜不需要聚合物支撑就结实耐用,并兼具多种渗透效率优点,为石墨烯应用于海水淡化打开了一条新的思路。
二、氧化石墨烯膜
另外一类是诺贝尔物理学奖得主、曼彻斯特大学教授Andre Geim团队研究的氧化石墨烯膜。实验结果发现,不管是哪一种海水,经过氧化石墨烯薄膜时,水流速度都非常快,且可以非常精确地把盐分都过滤出来。当其应用在海水淡化中时,只要进行一定的加压,过滤出来的海水甚至可以直接饮用。
此外,石墨烯海水淡化膜相较于目前商用的三乙酸纤维素淡化膜,新型石墨烯薄膜的水渗透率提高了数倍,抗污染能力更强。而且由于不受内部浓差极化效应制约,薄膜在高浓度盐环境下仍然可以保持较高的水渗透率。
未来发展前景
有专家预言,随着生态环境的恶化,人类解决水荒的最后途径很可能是对海水的淡化。海水淡化也是人类追求了几百年的梦想,但是海水淡化受技术和成本制约仍未得到广泛应用。全球海水淡化技术超过20余种,主要分为蒸馏法和膜法两大类。石墨烯因其独特的二维结构,是构筑高性能分离膜的理想材料,随着石墨烯应用的不断开发,它给海水淡化提供了新的希望。
封面来源于图虫创意
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