“有一種物質(zhì)，如同愛麗絲仙境一般神奇，那就是石墨烯。”英國曼徹斯特大學(xué)研究人員近日創(chuàng)造出一種石墨烯材料的
過濾器，能夠移除海水中的鹽分。公開資料顯示，新制成的這種石墨烯材料能夠高效地過濾鹽分，并將與此前已有的淡化膜進(jìn)行對(duì)比測試。
海水淡化再現(xiàn)躍進(jìn)圖譜 用石墨烯催生產(chǎn)業(yè)化春天
隨著飲用水日益短缺，海水淡化可能是彌補(bǔ)這一缺口的一種方法。作為水資源的開源增量技術(shù)，海水淡化能穩(wěn)定供水、應(yīng)急供水和戰(zhàn)略性供水，是解決沿海水資源短缺問題的重要途徑。
來自權(quán)威媒體的報(bào)道消息稱，地球71%的面積被水覆蓋，但全部水資源只有0.01%能供人類直接使用。另據(jù)聯(lián)合國稱，世界上約有12億人口缺少干凈的飲用水，占總?cè)丝诘募s20%。更為值得關(guān)注的是，隨著氣候變化降水量持續(xù)減少城市水資源供應(yīng)開始緊張，發(fā)達(dá)國家也不得不大力發(fā)展海水淡化技術(shù)。因此有人提出，下一次世界“淘金熱”將是尋找水源。
水資源短缺一直是世界各國都關(guān)注的焦點(diǎn)問題。僅就我國而言，據(jù)人民網(wǎng)此前報(bào)道，中國人口占世界22%，而淡水占有量僅為地球的8%，人均淡水占有量在世界上排第109位，是12個(gè)嚴(yán)重貧水國之一。全國657個(gè)城市有300多個(gè)缺水，天津、大連、青島、上海、深圳等沿海城市更屬于極度缺水地區(qū)。
開源節(jié)流，是解決水資源短缺的一貫思路。但在國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所所長李琳梅看來，“除了推行節(jié)水措施、提高利用效率、開展跨流域調(diào)水等方式，我們必須實(shí)施海水有效利用與代替，向大海要水‘喝’?！倍豁?xiàng)技術(shù)的成熟或許將為淡水資源供應(yīng)緊張問題提供轉(zhuǎn)機(jī)。
由于吸附能力強(qiáng)，石墨烯常被用于海水淡化、污水處理等過濾裝置。在眾多業(yè)界人士看來，石墨烯以獨(dú)特的力學(xué)和電學(xué)特性被稱為“神奇材料”，但其與水的相互作用卻讓人困惑：石墨烯表面排斥水，但浸入到水中的石墨烯薄膜毛細(xì)通道，卻允許水快速滲透。石墨烯與水之間的這種“若即若離”的關(guān)系令科學(xué)家著迷。
近日，一項(xiàng)刊登在《自然納米技術(shù)雜志》的一項(xiàng)研究或許是讓海水淡化在世界更多地方成為可行選擇的重要一步。英國曼徹斯特大學(xué)改進(jìn)的石墨烯氧化物濾膜，即一種可讓一些分子通過并擋住其他分子的選透性薄膜，可在過濾水的同時(shí)留下鹽離子。簡單說，這其實(shí)是一種分子濾網(wǎng)，能夠從海水中去除鹽類物質(zhì)的石墨烯氧化物篩網(wǎng)。
迄今，該技術(shù)團(tuán)隊(duì)已實(shí)現(xiàn)精確控制石墨烯氧化物膜中的孔徑，從而可以從咸水中過濾出普通的鹽，保證飲用的安全性。上述研究團(tuán)隊(duì)表示，氧化石墨烯薄膜浸入到水中，會(huì)隨即發(fā)生一些變形，使薄膜的孔徑變大，而體積較大的離子或分子會(huì)被阻隔，這就起了一定程度的過濾作用。而當(dāng)普通鹽溶解在水中時(shí)，它們總是在鹽分子周圍形成水分子的“殼”。
這讓氧化石墨烯膜的微小毛細(xì)管阻擋鹽與水一起流動(dòng)。那些獨(dú)立的水分子能夠通過膜屏障，相當(dāng)快速地通過。在眾多業(yè)界人士看來，“作為該領(lǐng)域的第一個(gè)明確的實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)現(xiàn)改變?yōu)V孔大小，將對(duì)具有對(duì)各種濾孔大小石墨烯膜的大規(guī)模生產(chǎn)起到實(shí)質(zhì)性作用。”如若氧化石墨烯薄膜孔徑均勻的可伸縮膜如果能達(dá)到原子級(jí)別的孔徑，則將為提升海水淡化技術(shù)效率開啟新的發(fā)展篇章。
而事實(shí)上，這并不是氧化石墨烯薄膜的首次“精彩亮相”。在《中國制造2025》中選擇的10大重點(diǎn)突破技術(shù)和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)中，石墨烯材料是前沿新材料領(lǐng)域的四大重點(diǎn)之一。公開資料顯示，石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個(gè)原子層厚度的準(zhǔn)二維材料，又叫做單原子層石墨。
作為目前發(fā)現(xiàn)的厚度最薄、強(qiáng)度最高、導(dǎo)電性能最好的新型納米材料，它被稱為可改變21世紀(jì)的“神奇材料”。即使“出身”平平，卻技驚四座。它不僅是迄今為止自然界最薄的材料，也是強(qiáng)度最高的材料。因此，石墨烯幾乎在每個(gè)行業(yè)都有潛在的應(yīng)用前景，堪稱神奇。
中國環(huán)保在線編輯：筱陽