隨著海水淡化技術(shù)的不斷發(fā)展，“海水變成飲用水”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(chǎng)每年可生產(chǎn)約 3 億立方米的淡水。

    不過(guò)，目前常用的海水淡化技術(shù)——過(guò)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(shí)間，將海水中的純水蒸餾出來(lái)……針對(duì)這些技術(shù)耗能高、耗時(shí)長(zhǎng)等痛點(diǎn)，最近一支由曼徹斯特大學(xué)和中國(guó)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(guò)濾膜——改性氧化石墨烯薄膜，未來(lái)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(guò)濾裝置。

    △海水淡化中使用的反滲透膜

    這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)被發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》雜志上。

    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(chēng)的石墨烯被氧化后，顯示出了進(jìn)行氣體分離和水過(guò)濾的強(qiáng)大潛力，它們已經(jīng)被證實(shí)可以用于過(guò)濾掉小納米顆粒，有機(jī)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(shù)中的普通鹽類(lèi)，因?yàn)樗鼈兊?ldquo;篩孔”還不夠小。

    曼徹斯特大學(xué)以前的研究發(fā)現(xiàn)，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(lèi)，但較小的鹽與水還能一起通過(guò)薄膜。

    曼徹斯特的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了這些石墨烯膜，并且發(fā)現(xiàn)了一種避免膜暴露于水時(shí)溶脹的方法——在薄膜兩邊涂覆2層由環(huán)氧樹(shù)脂組成的“阻隔墻”。他們已經(jīng)可以精確控制膜中的孔徑，從而可以從咸水中過(guò)濾出普通的鹽，保證飲用的安全性。

    △科學(xué)家用石墨烯制成了可以篩掉鹽類(lèi)離子的“篩子”——環(huán)氧樹(shù)脂改性氧化石墨烯薄膜

    曼徹斯特大學(xué)的 Rahul Nair 教授解釋說(shuō)：當(dāng)鹽溶于水時(shí)，電離出的鈉離子和氯離子會(huì)被水分子包圍，在它們表明面形成一個(gè)“殼”。而這種結(jié)構(gòu)的直徑遠(yuǎn)大于環(huán)氧樹(shù)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(guó)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(huì)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(guò)濾速度。

    西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 Ram Devanathan 評(píng)論道，單層石墨烯的造價(jià)很貴，但氧化石墨烯則便宜很多。這意味著，這種過(guò)濾膜或許能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，未來(lái)還有可能建造出能耗小、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單的海水淡化裝置，或污水凈化系統(tǒng)，從而幫助一些無(wú)法負(fù)擔(dān)起大型海水淡化廠(chǎng)運(yùn)作的缺水國(guó)家解決水資源極度匱乏這一難題。

    到 2025年，聯(lián)合國(guó)預(yù)計(jì)世界人口的14%將遇到缺水問(wèn)題。這種技術(shù)有可能徹底改變世界各地的水過(guò)濾系統(tǒng)，特別是在無(wú)法建造大型脫鹽廠(chǎng)的國(guó)家。

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