美國麻省理工開發(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。該方法簡單有效，在成本上也遠低于現(xiàn)有的其他技術(shù)，讓人們在海水淡化上又多了一種選擇。相關(guān)論文*新一期的《納米快報》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，這一問題還將持續(xù)嚴峻。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，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。計算機模擬結(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。但在這些研究中對石墨烯孔洞的精度要求較低，技術(shù)較為簡單，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，目前他們正通過計算機對整個過程進行*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且易于獲取，這使該技術(shù)在成本上具備了天然優(yōu)勢。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可供選擇的新方法。