“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)注的焦點問題。僅就我國而言，據(jù)人民網(wǎng)此前報道，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個嚴(yán)重貧水國之一。全國657個城市有300多個缺水，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，我們必須實施海水有效利用與代替，向大海要水‘喝’?！倍豁椉夹g(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，一項刊登在《自然納米技術(shù)雜志》的一項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，可在過濾水的同時留下鹽離子。簡單說，這其實是一種分子濾網(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)隊已實現(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)隊表示，氧化石墨烯薄膜浸入到水中，會隨即發(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，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。那些獨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)域的第一個明確的實驗，通過實現(xiàn)改變?yōu)V孔大小，將對具有對各種濾孔大小石墨烯膜的大規(guī)模生產(chǎn)起到實質(zhì)性作用?！比缛粞趸┍∧た讖骄鶆虻目缮炜s膜如果能達(dá)到原子級別的孔徑，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