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(左上)switch开机氢化和(右上)羟基化石墨烯孔隙。(下)模拟纳米孔石墨烯过滤盐离子和生产饮用水的侧面图。

虽然海洋包含了地球上97%的水,但目前世界饮用水供应中只有一小部分来自于脱盐盐水。为了增加我们对盐水的使潮图,音,信封格式用,必须使海水淡化技术变得更加节能,并降低可持续发展的成本。

在一项新的研究中,来自麻省理工学院的两名材料科学家在模拟中显示,纳米孔石墨烯能够以比目前最好的商业化海水淡化技潮图,音,信封格式术——反渗透(RO)快2-3个数量级的速闲妻多夫度过滤水中的盐。

研究人员预测,石墨烯优越的透水性可能会导致脱盐技术比反渗透技术需要更少的能源,使用更小的模块,成本将取决于石墨烯制造方法的未来改进。

麻省理工学院的兵王觉醒之龙魂利刃科学家在最近一期的《纳米快报》(Nano 哈尔滨师范大学阿城学院Letters)上发表了他们关于使用单层纳米孔石墨烯进行海水淡化的研究。这项研究表明,通过发明更高效、更有针对性的薄膜材料,目前海水淡化技术的一些缺陷是可以避免的。特别是,定制的纳米结构的膜可以允许实际流动的水(完全盐排斥)通过大小排除,导致比反渗透高得多的渗透性。”

这潮图,音,信封格式不是研究人员第一次研究使鲁林希老公用纳米孔材料进行海水淡化。梦鸽儿子反渗透膜利用高压缓慢推动水分子(而不是盐离子)通过多孔膜,与之相反,纳米孔材料在较低的压力下工作,并提供清晰的通道,可以比反渗透膜更快地过滤盐水。

当水分子(红色和白色)、钠离子和氯离子(绿色和紫色)在盐水中(右图)遇到由右边大小的孔穿孔的石墨烯薄

然而,这是研究徐海乔然然人员首次探索纳米孔石墨烯作为海水淡化过滤器的潜在作用。

单层石墨烯,只有一个碳原子那么厚,是最终的薄膜,它有利于海水淡化,因为水通过薄膜的通量与薄膜的厚度成反比。

利用经典的分子动力学模拟,研究潮图,音,信封格式了不同孔径(1.5 - 62 A2魔眼战神张钧)的纳米孔石墨烯的透水性和孔隙化学性同聚网质。纳米孔可以通过氦离子束钻孔和化学蚀刻等多种方法引入石墨烯中。研究人员通过钝饱学席化或屏蔽孔边的每个碳原子来增强纳米孔。

各种海水淡化技术的透水性。石墨烯纳米孔可以排斥水渗透性比商业反渗透(RO)技术高2福里普星人-3个数量级的盐离

由潮图,音,信封格式于这些位于孔隙边缘的碳原子在没有钝化的情况下会发生相当大的反应,因此在现实的实验条件下,它们很可能会发生某种形式的化学功能化。这潮图,音,信封格式在一定程度上是可以控制的,所以我们想要探索疏水和总裁哥哥惹不起亲水边缘化学的两个极限。如果没有官能团(只有裸碳),那么在很短的时间内,水分子会在孔隙边缘游离,很可能会使这些碳氢化或羟基化。研究人员在模拟中比较了纳米多孔石agopoe墨烯赵棋荣的两种化学性质,以及不同孔径的石墨烯。他们在膜上运行日本春宫了盐度丁佩年轻时的照片为72 g/L的盐水,盐度约为平均海水盐度(约35 g/L)的两倍。

尽管最大的纳米孔可以以最高的速度过滤水,但大的纳米孔允许一些盐离子通过。模拟确定了中等范围的纳米孔直径,其中纳米孔足够大,可以让水分子通过,但又足够小,可以限制盐离子锦州义县天气。模拟还显示,羟基化石墨烯显著提高了水的渗透性,科学家将其归因于羟基的亲水性。相反,由于氢化孔是疏水的,水分子只能在一定数量的高度有序结构下流动。但是亲水基团使得水分子在孔隙中有更多的氢键构型,这种限制的缺失增加了水的通量。

总体而言,研究结果表明,从理论上讲,纳米孔石墨烯的透水性优于反渗透膜。反渗透膜的渗透性以每天每平方厘米薄膜的输出升和每单位施加压力为单位。尽管高通量RO的渗透率只有十分之一几,但模拟结果显示,对于完全盐排斥的孔隙结构(23.1 A2潮图,音,信封格式氢化朱梓超孔隙和16.3 A2氢化孔隙),纳米孔石墨烯的渗透率在39到66之间。羟基化孔隙最大的石墨烯达到129个,但允许部分盐离子通过。

研究人员解释说,在海水淡化中使用纳米孔石墨烯面临两个主要挑战。一种是实现较窄的孔径分布,尽管合成高有序多孔石墨烯的实验进展迅速,表明这可能很快江清洛就可行。另一个挑战是在施加压力下的机械稳定性,这可以通过使用像反渗透材料那样的薄膜支撑层来实现。

在计算上,我们正在寻找一系列其他潜在的新方法来设计用于脱盐和去污的膜。在实验上,目前正在制造纳米孔膜,有望在未来几个月测试它们的脱盐性能。