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海水淡化再现跃进图谱 用石墨烯催生产业化春天

http://www.water.hc360.com2017年06月02日08:50 来源:中国环保在线T|T

    慧聪水工业网 “有一种物质,如同爱丽丝仙境一般神奇,那就是石墨烯。”英国曼彻斯特大学研究人员近日创造出一种石墨烯材料的过滤器,能够移除海水中的盐分。公开资料显示,新制成的这种石墨烯材料能够高效地过滤盐分,并将与此前已有的淡化进行对比测试。

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    随着饮用水日益短缺,海水淡化可能是弥补这一缺口的一种方法。作为水资源的开源增量技术,海水淡化能稳定供水、应急供水和战略性供水,是解决沿海水资源短缺问题的重要途径。

    来自权威媒体的报道消息称,地球71%的面积被水覆盖,但全部水资源只有0.01%能供人类直接使用。另据联合国称,世界上约有12亿人口缺少干净的饮用水,占总人口的约20%。更为值得关注的是,随着气候变化降水量持续减少城市水资源供应开始紧张,发达国家也不得不大力发展海水淡化技术。因此有人提出,下一次世界“淘金热”将是寻找水源。

    水资源短缺一直是世界各国都关注的焦点问题。仅就我国而言,据人民网此前报道,中国人口占世界22%,而淡水占有量仅为地球的8%,人均淡水占有量在世界上排第109位,是12个严重贫水国之一。全国657个城市有300多个缺水,天津、大连、青岛、上海、深圳等沿海城市更属于极度缺水地区。

    开源节流,是解决水资源短缺的一贯思路。但在国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所所长李琳梅看来,“除了推行节水措施、提高利用效率、开展跨流域调水等方式,我们必须实施海水有效利用与代替,向大海要水‘喝’。”而一项技术的成熟或许将为淡水资源供应紧张问题提供转机。

    由于吸附能力强,石墨烯常被用于海水淡化、污水处理等过滤装置。在众多业界人士看来,石墨烯以独特的力学和电学特性被称为“神奇材料”,但其与水的相互作用却让人困惑:石墨烯表面排斥水,但浸入到水中的石墨烯薄膜毛细通道,却允许水快速渗透。石墨烯与水之间的这种“若即若离”的关系令科学家着迷。

    近日,一项刊登在《自然纳米技术杂志》的一项研究或许是让海水淡化在世界更多地方成为可行选择的重要一步。英国曼彻斯特大学改进的石墨烯氧化物滤膜,即一种可让一些分子通过并挡住其他分子的选透性薄膜,可在过滤水的同时留下盐离子。简单说,这其实是一种分子滤网,能够从海水中去除盐类物质的石墨烯氧化物筛网。

    迄今,该技术团队已实现精确控制石墨烯氧化物膜中的孔径,从而可以从咸水中过滤出普通的盐,保证饮用的安全性。上述研究团队表示,氧化石墨烯薄膜浸入到水中,会随即发生一些变形,使薄膜的孔径变大,而体积较大的离子或分子会被阻隔,这就起了一定程度的过滤作用。而当普通盐溶解在水中时,它们总是在盐分子周围形成水分子的“壳”。

    这让氧化石墨烯膜的微小毛细管阻挡盐与水一起流动。那些独立的水分子能够通过膜屏障,相当快速地通过。在众多业界人士看来,“作为该领域的第一个明确的实验,通过实现改变滤孔大小,将对具有对各种滤孔大小石墨烯膜的大规模生产起到实质性作用。”如若氧化石墨烯薄膜孔径均匀的可伸缩膜如果能达到原子级别的孔径,则将为提升海水淡化技术效率开启新的发展篇章。

    而事实上,这并不是氧化石墨烯薄膜的首次“精彩亮相”。在《中国制造2025》中选择的10大重点突破技术和战略产业中,石墨烯材料是前沿新材料领域的四大重点之一。公开资料显示,石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,又叫做单原子层石墨。

    作为目前发现的厚度最薄、强度最高、导电性能最好的新型纳米材料,它被称为可改变21世纪的“神奇材料”。即使“出身”平平,却技惊四座。它不仅是迄今为止自然界最薄的材料,也是强度最高的材料。因此,石墨烯几乎在每个行业都有潜在的应用前景,堪称神奇。

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责任编辑:殷莹莹

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