石墨烯在海水淡化領域的應用

2021-02-20 石墨烯聯盟

　　 地球上有七億四千八百萬人無法飲用到乾淨的飲用水，而與此同時全球飲用水需求日益增加，聯合國公布數據顯示，全球用水量在20世紀增加了6倍，其增速是人口增速的兩倍。聯合國教科文組織認為，雖然目前地球上淡水資源總體充足，但由於區域分布不均、管理不善、環境變化及基礎設施投入不足等原因，全球約有五分之一的人無法獲得安全的飲用水。我國雖然是水資源大國，但是水體汙染嚴重，可供直接飲用的也越來越少。而世界有取之不盡用之不竭的海水，所以從海水中獲得乾淨的飲用水具有非常大的意義。


　　目前世界上最先進的聚合物反滲透膜的機理是溶劑的溶解擴散機理——水分子選擇性的吸收到薄膜的表面，然後選擇性的擴散到另一面。聚合物薄膜可以阻止鹽的滲透，可以允許水分子緩慢的通過聚合物。最近的研究主要集中在使用堅硬的、氣孔尺寸嚴格控制具有納米結構的薄膜來增加水的產量，如使用碳納米管或沸石。這些薄膜很難被製成可伸縮、低成本的薄膜。然而，最小的碳納米管制成的薄膜在有效的排除鹽離子的時候還是太大。而製造連續的且薄的沸石片層挑戰性更大。

　　美國麻省理工學院的Grossman等人的研究結果表明，石墨烯由於具有強的機械性能、原子厚度以及可以提供納米氣穴，因此被認為很有潛能解決這些問題。該研究通過精確控制多孔石墨烯的孔徑並向其中添加其他材料的方法，改變石墨烯小孔邊緣的性質，使其能夠排斥或吸引水分子。這種特製的石墨烯如同篩子一樣能快速地濾掉海水中的鹽，而只留下水分子，從而實現淡化海水，如圖所示。該項研究成果在成本上也遠低於現有的其他技術，讓人們在海水淡化上又多了一種選擇。中國科學家在利用石墨烯淡化海水方面也取得了巨大成就，在石墨烯功能材料研究方面取得突破性進展，發現了氧化石墨烯薄膜具有精密快速篩選離子的性能。

 
石墨烯淡化海水示意圖

　　研究表明，水環境中的氧化石墨烯薄膜與水相互作用後，形成約0.9納米寬的毛細通道，允許直徑小於0.9納米的離子或分子快速通過，而直徑大於0.9納米的離子被完全阻隔。該篩選效應不僅對離子尺寸要求非常精準，而且比傳統的濃度擴散快上千倍，如圖所示。專家稱，如果通過機械手段進一步壓縮薄膜中的毛細通道尺寸，將能高效率地過濾海水中的鹽分。這意味著製造一個在幾分鐘內即可將一杯海水淡化成飲用水的過濾裝置，已不再是科幻小說場景。


石墨烯薄膜篩選小分子示意圖

　　石墨烯在海水淡化領域的應用一直備受關注，為此，2016中國國際石墨烯創新大會特設「石墨烯在海水淡化領域的應用」分會，由朱宏偉教授擔任中方分會場主席，並邀請到中外石墨烯行業大咖，就石墨烯在海水淡化領域應用研究進展及技術難題進行探討。　

石墨烯在海水淡化領域的應用分會

時間：9月22-24日

地點：青島國際會展中心

規模：150人

分會主席：朱宏偉教授（清華大學）


報名方式：

大會官網：www.grapchina.org（大會官網在線報名為參會唯一指定路徑）

諮詢電話：400-110-3655

PS：首期報名優惠截止日期到7月11日～

　　大咖雲集，豈能錯過。如果你想近距離與大咖交流，你還在等什麼，快快報名參加2016中國國際石墨烯創新大會吧。屆時大咖會為我們帶來哪些震撼，讓我們拭目以待！

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