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石墨烯膜:讓海水變成飲用水

石墨烯又一次得到人們的的關註:這次是氧化石墨烯膜,它可能是新型過濾技術中最有前途的材料。現在人們終於成功製造能夠出能夠濾普通鹽的膜。它有著為數百萬人提供清潔飲用水的潛力。


來源 曼徹斯特大學


編譯 紫蘇

石墨烯膜:讓海水變成飲用水



曼徹斯特大學的科學家的新發現在發表在《自然·納米技術》雜誌上。此前的石墨烯氧化物膜已經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於過濾掉小納米顆粒,有機分子甚至大顆粒的鹽的能力。然而它們不能用於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,較小的鹽與水一起通過薄膜。

曼徹斯特的團隊現在已經進一步開發了這些石墨烯膜,並且發現了一種避免膜暴露於水時溶脹的方法。他們已經可以精確控制膜中的孔徑,從而可以從鹹水中過濾出普通的鹽,保證飲用的安全性。


當普通鹽溶解在水中時,它們總是在鹽分子周圍形成水分子的「殼」。這讓氧化石墨烯膜的微小毛細管阻擋鹽與水一起流動。那些獨立的水分子能夠通過膜屏障,相當快速地通過。


曼徹斯特大學的 Rahul Nair 教授說:「實現到原子尺度的確定濾孔是一個重大的進步,將為提高脫鹽技術的效率開闢新的可能性。


「這是這個領域的第一個明確的實驗,我們還證明了我們可以通過改變濾孔大小,實現對具有對各種濾孔大小的石墨烯膜的大規模生產。


隨著氣候變化的影響繼續減少現代城市的供水,富裕的發達國家也在投資海水淡化技術。繼加州的嚴重洪災以後,主要富裕城市也越來越多地尋求替代水解決方案。

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。


相關論文信息


題目Tunable sieving of ions using graphene oxide membranes


作者Jijo Abraham,Kalangi S. Vasu, Christopher D. Williams,Kalon Gopinadhan,Yang Su, Christie T. Cherian,James Dix,Eric Prestat,Sarah J. Haigh,Irina V. Grigorieva,Paola Carbone,Andre K. Geim& Rahul R. Nair


AffiliationsContributionsCorresponding author

期刊Nature Nanotechnology (2017)


doi:10.1038/nnano.2017.21


發表時間Published online 03 April 2017


摘要Graphene oxide membranes show exceptional molecular permeation properties, with promise for many applications. However, their use in ion sieving and desalination technologies is limited by a permeation cutoff of ~9?? (ref. 4), which is larger than the diameters of hydrated ions of common salts4, 6. The cutoff is determined by the interlayer spacing (d) of ~13.5??, typical for graphene oxide laminates that swell in water2, 4. Achieving smaller d for the laminates immersed in water has proved to be a challenge. Here, we describe how to control d by physical confinement and achieve accurate and tunable ion sieving. Membranes with d from ~9.8?? to 6.4?? are demonstrated, providing a sieve size smaller than the diameters of hydrated ions. In this regime, ion permeation is found to be thermally activated with energy barriers of ~10–100?kJ?mol–1 depending on d. Importantly, permeation rates decrease exponentially with decreasing sieve size but water transport is weakly affected (by a factor of

鏈接http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2017.21.html

石墨烯膜:讓海水變成飲用水



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