用石墨烯净化海水

摘要

​为了缓解全球性的水资源紧张,海水淡化成为研究的热点。高效率的海水淡化需要与之配套的高性能的滤膜。而一项新的研究表明,备受关注的二维材料石墨烯也有望为开发新型海水淡化滤膜做出贡献。

题图

(编译/魏昕宇)

​为了缓解全球性的水资源紧张,海水淡化成为研究的热点。高效率的海水淡化需要与之配套的高性能的滤膜。而一项新的研究表明,备受关注的二维材料石墨烯也有望为开发新型海水淡化滤膜做出贡献。

由于海水淡化的主要目标是除去水中的各种离子,因此如果能够让滤膜的孔径与这些离子直径接近,势必将提高海水淡化的效率,但用常规手段生产孔径如此小的滤膜非常困难,因此人们将注意力集中到石墨烯等新型纳米材料。制备石墨烯的一种方法是先将石墨氧化为氧化石墨,后者在水溶液中可以分散成石墨烯单分子层或者几层单分子层叠加形成的多层结构,即氧化石墨烯。在氧化石墨烯中,由于部分石墨烯结构被其他官能团修饰,导致石墨烯片层形成网状结构,可以被用于过滤。然而普通的氧化石墨烯不适合用于海水淡化,这是由于氧化石墨烯在水中会膨胀,使得滤膜的孔径在1.35纳米左右,这超过了水中主要离子的水合离子直径。

来自英国曼彻斯特大学的研究人员通过一个巧妙而简单的办法解决了这一问题。他们将氧化石墨烯滤膜的上下两侧用环氧树脂固定住。环氧树脂的存在抑制了氧化石墨烯在水中的膨胀,使得滤膜孔径可以保持在0.64-0.98纳米左右,大大提高了滤膜对离子的选择性。不过研究人员表示,他们的这一方法恐怕不适合大规模工业化生产,但他们希望这项研究能够启发其他研究者找到类似的手段。

报道:https://phys.org/news/2017-04-graphene-sieve-seawater.html

论文:http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/pdf/nnano.2017.21.pdf

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