美國(guó)麻省理工開發(fā)出用“石墨烯篩子”淡化海水新方法
2014-04-17 16:07:11
admin
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據(jù)光明網(wǎng)2012年7月6日訊 美國(guó)麻省理工學(xué)院網(wǎng)站7月3日發(fā)布文章稱，該校研究人員借助石墨烯開發(fā)出了一種海水淡化的新方法。該方法簡(jiǎn)單有效，在成本上也遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的其他技術(shù)，讓人們?cè)诤Ｋ嫌侄嗔艘环N選擇。相關(guān)論文*新一期的《納米快報(bào)》雜志上。
在世界上許多地方，淡水的供應(yīng)正在日趨減少，隨著人口的增長(zhǎng)，這一問題還將持續(xù)嚴(yán)峻。因此，有不少人都將目光轉(zhuǎn)向了幾乎是無限供應(yīng)的海水，各種海水淡化技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，但到目前為止，它們還都過于昂貴，無法大范圍、低成本推廣。
領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授杰弗里·格羅斯曼說，許多人都在關(guān)注海水淡化技術(shù)，并做出不少成績(jī)，但從材料科學(xué)角度研究脫鹽的卻并不是很多。
新研究中格羅斯曼和研究生大衛(wèi)·科恩·達(dá)努奇通過精確控制多孔石墨烯的孔徑并向其中添加其他材料的方法，改變石墨烯小孔邊緣的性質(zhì)，使其能夠排斥或吸引水分子。這樣這種特制的石墨烯就如同篩子一樣能快速地濾掉海水中的鹽，而只留下水分子。新工藝的關(guān)鍵是非常精確地控制石墨烯孔洞的大小。研究人員稱，*理想的大小是1納米，不能太大也不能太小，如果太大了鹽便會(huì)和水分子一起通過篩子，起不到過濾的作用；如果太小水分子就無法通過這些小孔。計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，這種石墨烯篩子的性能非常優(yōu)秀，能夠快速地完成海水淡化過程。
科恩·達(dá)努奇說，此前也有不少研究小組開發(fā)過類似的石墨烯篩子，但在尺寸和用途上區(qū)別很大。例如，用多孔石墨烯來過濾DNA（脫氧核糖核酸）或分離不同類型的氣體等。但在這些研究中對(duì)石墨烯孔洞的精度要求較低，技術(shù)較為簡(jiǎn)單，無法適用于海水淡化。
目前海水脫鹽*常用的是反滲透技術(shù)。其工作原理是用一種特制的膜來過濾海水中的鹽。但由于這些薄膜上的小孔極為致密（比新技術(shù)中所采用的多孔石墨烯密1000倍），需要非常大的壓力迫使海水通過薄膜，因此，在淡化海水的同時(shí)還需要消耗不少的能源。相比之下，在相同的壓力下，新技術(shù)在過濾速度上可比反滲透薄膜技術(shù)快數(shù)百倍，或者它能在同樣過濾速度下，節(jié)約更多的能源。
研究人員稱，目前他們正通過計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行*后的模擬和調(diào)試，以確定其watechliuhede參數(shù)。今年夏天首批采用該技術(shù)的石墨烯濾網(wǎng)原型就將問世。
格羅斯曼說，由于石墨烯的原材料廉價(jià)且易于獲取，這使該技術(shù)在成本上具備了天然優(yōu)勢(shì)。另外，它又是已知*硬的材料，與目前所使用的反滲透膜相比更結(jié)實(shí)耐用。
哈佛大學(xué)化學(xué)系副教授約書亞·施耐爾說，先前就有人開發(fā)出了類似的多孔石墨烯結(jié)構(gòu)，但卻沒有人將其與海水淡化結(jié)合起來。新技術(shù)為海水淡化提供了一個(gè)可供選擇的新方法。