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石墨烯与水之间这种“若即若离”的关系能带给我们什么惊喜呢?

钜大LARGE  |  点击量:4294次  |  2018年07月23日  

氯化钠溶解在水中总需要水分子的帮助,外面包裹着“水壳”的氯化钠比石墨烯薄膜的导管直径要大,所以它无法通过。与此相反的是,水分子可以快速通过这层膜,因此这是非常理想的海水淡化装置。奈尔博士说,透过物理手段将水从离子溶液中分离出来,可说是开启了一扇降低海水净化成本的大门。

石墨烯拥有独特的力学和电学特征,但其与水的相互作用却让人困惑:石墨烯表面排斥水,但浸入水中的石墨烯薄膜毛细信道,却允许水快速渗透。石墨烯与水之间这种“若即若离”的关系令研究人员费解。基于这种神奇的特征,英国曼彻斯特大学研究人员开发出一种新型石墨烯氧化物薄膜,能有效地过滤海水中的盐。在全球淡水资源缺乏的背景下,此项发明未来在海水淡化产业中必然有非常好的应用前景。

石墨烯由单层六边形晶体状的碳原子组成,延展性和导电性极好,是最受瞩目的未来世界新材料之一。但是,现有的生产方法(例如化学气相沉积法)不仅成本高昂,且产量很少,石墨烯筛网的批量生产和规模化应用几乎是一件遥不可及的事。奈尔博士介绍说,氧化石墨烯可以透过简单的氧化反应来制造。他告诉BBC记者,一开始,做为一种墨水,或说溶液,我们可以先在基质上或可渗透性材料上构造它,然后再将其做为膜来使用。他提出,在规模化生产和成本控制方面,氧化石墨烯比单层石墨烯原子有潜在优势。

当普通的盐在水中溶解时,水分子会在盐分子外面成一层“外壳”。这使氧化石墨烯薄膜上的毛细管能吸附盐分子,而不随着水流走。奈尔博士说:水分子可以通过导管,但是氯化钠不可以。氯化钠溶解在水中总需要水分子的帮助,外面包裹着“水壳”的氯化钠比石墨烯薄膜的导管直径要大,所以它无法通过。与此相反的是,水分子可以快速通过这层膜,因此这是非常理想的海水淡化装置。

目前世界上最常见的淡化装置使用的是聚合物薄膜。奈尔博士说,透过物理手段将水从离子溶液中分离出来,可说是开启了一扇降低海水净化成本的大门。总之,我们最终的目的是以海水或废水为原料,用最少的能量投入产出饮用水。

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