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石墨烯应用在纯水设备的海水淡化中:二元石墨烯薄膜可高效淡化海水

来源:无锡纯水设备??????2019/7/13 14:25:23??????点击:

【 】武汉大学和加州大学的洛杉矶的设置和其他人面前,使用石墨烯筛和碳纳米管,石墨烯薄膜相结合的方法,二元结构准备和有很强的选择性分离效率和一定的机械强度和可用于海水淡化。

    以往的理论计算表明,与传统的海水淡化膜相比,石墨烯单层纳米孔二维膜具有极高的选择性分离效率。然而,石墨烯大面积存在的晶界会降低石墨烯的力学性能,而纳米团的引入会进一步降低石墨烯的力学性能,导致分离膜的部分断裂,降低分离效率和分离选择性。

    研究人员说,碳纳米管具有优异的机械性能,其结构与石墨烯相似。碳纳米管重叠形成的碳纳米管膜不仅与石墨烯结构完美匹配,而且不影响水的渗透性。因此,研究小组提出了将纳米孔和碳纳米管结合起来进行补偿的想法。他们在铜箔上生长了一层石墨烯,然后用相互连接的碳纳米管网络覆盖了铜箔的一些区域。该薄膜可由聚合物支撑,在悬浮、弯曲、拉伸等方面无明显裂纹。试验和计算结果表明,薄膜能承受380.6mpa的应力,杨氏模量达到9.7GPa,相当于纳米孔石墨烯薄膜的抗拉刚度2.4倍,抗弯刚度10000倍。

此外,新型石墨烯纳米筛子/碳纳米管膜的透水性较商用三乙酸纤维素脱盐膜提高了100倍,抗污染能力更强。由于不受内部浓度极化效应的限制,膜在高盐浓度下仍能保持较高的透水性。

    目前,石墨烯海水淡化膜分为两大类。其中一种是麻省理工学院研究小组研究的单原子厚纳米多孔薄膜。但一个原子厚的石墨烯层的机械强度较弱,所以在这项研究中使用的石墨烯是由聚合物膜, 直接由高能电子束轰击或氧等离子体蚀刻在引入石墨烯纳米孔,孔隙半径分布宽,分离效率大大降低,所以不能在实践中应用。

    另外一类是诺贝尔物理学奖得主、曼彻斯特大学教授Andre Geim团队研究的氧化石墨烯膜。氧化石墨烯容易量产,但是氧化石墨烯膜浸润在溶液中之后,氧化石墨烯片层之间会吸水扩大层间距,降低了海水淡化效率,因此现有的研究工作主要集中于如何控制氧化石墨烯片层之间的层间距。

    此次制成的新型石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜不需要聚合物支撑就结实耐用,并兼具多种渗透效率优点,为石墨烯应用于海水淡化打开了一条新的思路。若解决量产问题,未来人们或将能喝上“石墨烯淡化水”。,