隨著海水淡化技術的不斷發展，“海水可以變成飲用水”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，最近一支由曼徹斯頓大學、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

    “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，能夠展示出較強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大量約 0.9 納米寬的毛細通道，從而形成一種“精密的離子篩選膜”。另外為了控制毛細微孔的大小、防止薄膜在水中過度膨脹而降低篩選效果，科學家們還在薄膜兩邊涂覆了兩層由環氧樹脂組成的“阻隔墻”。

環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氧樹脂改性氧化石墨烯薄膜團隊主要負責人 Rahul Nair 解釋道，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。據團隊介紹，改性氧化石墨烯薄膜的擴散速度是傳統濃度擴散的上千倍。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、藍色為氯離子）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。

    現階段，這支研究團隊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通道尺寸的方法（如機械壓縮），接下來或許還能設計出不同用途的高效離子篩選薄膜。

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責任編輯：殷鵬飛

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