科学家发明了把海水转变成饮用水的石墨烯筛网!

2017/4/10 来源:www.arpun.com 作者:小白
我的天!
科学家发明了把海水转变成饮用水的石墨烯筛网!
藉由宣布发明了从盐水中筛出盐的氧化石墨烯膜(graphene-oxide membrane), 研究人员在追求效率高的去盐作用(desalination), 取得重大转折。
现阶段, 这项技术仍然局限于实验室。 但这是一个展示, 将来有一天我们能够快速且容易地把最丰富的资源之一, 海水, 转变成最缺乏的资源之一, 干净饮用水。
这个团队由来自英国曼彻斯特大学(University of Manchester)的Rahul Nair所领导, 展示筛网可以有效地过滤出盐。 而现在, 下一步是对现有的去盐膜进行去盐测试。
科学家发明了把海水转变成饮用水的石墨烯筛网!
Nair说:“大小可变的膜, 实现了均匀的细孔径降到原子等级, 是向前行的重要一步, 而且对于改善去盐技术的效率, 开启新的可能。 ”
“这是这个领域第一次明确的实验。 我们还展示出有实际的可能性, 来扩大所描述的方法, 并且大量生产所需的筛网尺寸的石墨烯膜。 ”
氧化石墨烯膜长期以来一直被认为是过滤和脱盐的有希望的候选物, 但尽管许多团队开发出可以将大颗粒从水中筛选出来的膜, 去盐需要孔径更小的筛网, 而这是科学家努力要创造出来的。
一个大问题是, 当氧化石墨烯膜浸入水中时会膨胀, 使得盐颗粒流过肿胀的细孔。
藉由在氧化石墨烯膜的两侧建立环氧树脂(epoxy resin)墙, 阻止在水中膨胀, 曼彻斯特大学的团队克服了这个问题。
这使得他们能够精确地控制膜的细孔孔径, 产生足够细小的孔, 来过滤海水中所有常见的盐。
关键点在于当常见的盐溶解在水中时, 会在自己周围形成水分子的《壳》。
Nair告诉英国广播公司(BBC)的Paul Rincon:“水分子可以单独通过, 但氯化钠(sodium chloride)不能, 它总是需要水分子的帮助。 ”
“盐的周围的水壳尺寸大于通道的尺寸, 所以无法通过。 ”
科学家发明了把海水转变成饮用水的石墨烯筛网!
这不仅造成海水淡化来饮用, 还使得水分子更快速地流过膜屏障, 用来去盐是很完美的。
Nair对Rincon解释:“当毛细管的尺寸大约为1奈米时, 这是非常接近水分子的大小, 那些分子形成很好的相互连接排列, 就像是一列火车。 ”
“这使得水的移动更快:如果你在一边推得更用力, 由于氢键在它们之间的关系, 分子会全都移向另一边。 如果通道尺寸非常小, 你只能得到那样的情况。 ”
世界上已经有几座主要的海水淡化厂使用聚合物为主的膜来过滤盐, 但这个过程仍然相当的无效率和昂贵。 所以找到一种更快、更便宜和更容易的方法, 是研究人员的大目标。
由于气候变迁, 未来将会有大量的海水。 格陵兰岛的海岸冰帽已经通过不回头点(point of no return), 预计在2100年前, 海平面将上升约3.8公分(1.5英寸)。 然而如果整个格陵兰冰棚融化, 后代将面临海洋上升高达7.3公尺(24英尺)。
但与此同时, 世界上许多地方仍然很难得到干净饮用水。 联合国预测到2025年前, 世界人口的14%将遭遇水资源短缺, 而许多国家将无法负担大型海水淡化厂。
科学家发明了把海水转变成饮用水的石墨烯筛网!
这些研究人员现在希望以石墨烯为主的筛网可以在小规模上和大型海水淡化厂一样有效, 这样会更容易推出。
石墨烯氧化物还比单层石墨烯更容易且更便宜在实验室制造, 意味着这项技术将可付得起, 并且易于生产。
没有参与研究、来自西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)的Ram Devanathan, 在伴随一篇自然新闻与观点(Nature News and Views)的文章中写道:“透过层间距离的物理限制, 水分子从离子的选择性分离, 打开了不贵的去盐膜合成的大门。 ”
“最终目标是创造出一个过滤装置, 以最少的能量输入, 从海水或废水产生饮用水。 ”
他补充下一步骤将是测试长时间使用膜的耐久性, 以及需要更换的频率。
这项研究发表在自然奈米科技(Nature Nanotechnology)期刊。
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