炭納米複合薄膜：界面鹽篩效應促進高通量海水淡化

研之成理

——前言——

人類對淡水資源日益增長的需求使得海水淡化成為一種非常重要的提供淡水資源的方法。傳統的淡化方法包括蒸餾和過濾，前者需要消耗大量的熱量，而後者一般採用反滲透膜技術，能量使用效率高。除此之外，膜蒸餾技術和正向滲透技術也吸引越來越多的關注，因為這些方法可以和一些可再生的能源供給系統進行集成。當然，對於所有的過濾技術來說，實現高通量的過濾仍然面臨著巨大的挑戰。

——研究內容簡介——

淡水生成通量和能量轉化效率是利用薄膜進行海水淡化的兩個需要考慮的基本因素。今天上線的這篇「Nature nanotechnology」報道了一種在多孔陶瓷表面生長多孔炭纖維的納米孔炭複合物薄膜，及其在海水淡化方面的應用。這種薄膜具有100%的脫鹽能力且淡水的生產通量是傳統聚合物薄膜的3 – 20倍，並且能夠減少80%的潛熱消耗。分子動力學模擬結果顯示，這種薄膜獨特的微觀結構是其具有高性能的原因。炭材料光滑表面所導致的化學勢的差異使得鹽水溶液在納米孔道開口處形成彎液面，蒸汽能快速的通過納米孔道然後在滲透層的另一邊發生凝聚；與此同時，炭材料的高熱導性質是使得大部分的潛熱能被加以利用。

註：潛熱（百度百科）：潛熱，相變潛熱的簡稱，指物質在等溫等壓情況下，從一個相變化到另一個相吸收或放出的熱量。這是物體在固、液、氣三相之間以及不同的固相之間相互轉變時具有的特點之一。固、液之間的潛熱稱為熔解熱（或凝固熱），液、氣之間的稱為汽化熱（或凝結熱），而固、氣之間的稱為升華熱（或凝華熱）。

——圖文快解——

圖1 薄膜的結構表徵圖

圖2淡水傳輸示意圖

圖3能量耗散的計算

圖4脫鹽機理

圖5理論模型和分子動力學模擬顯示的傳質和傳熱過程

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