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石墨烯过滤膜


石墨烯有望成为史上最完美过滤器

当水分子(图中所示红色和白色部分)和钠离子、氯离子(绿色和紫色部分)遇到孔径合适的石墨烯时,水分子能够穿过,盐中的纳、氯离子则被阻止。

所有用石墨烯可以完成的事中,未来将再添一笔:净化饮用水。石墨烯可以经济方便地除去海水中的盐分,这无疑将海洋变成浩瀚的饮用水储备资源。只要制成合适的孔径,石墨烯几乎可以用作任意目的的过滤器。

脱盐作用的关键是石墨烯必须有合适大小的孔径,使得水分子能顺利通过,而盐不能。理想尺寸是1纳米,甚至四分之三纳米对水分子来说都太小。石墨烯孔阻止的并不是粗盐晶体,而是组成盐本身的原子。

石墨烯在很多方面都有特殊的性能:石墨烯一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,是目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,且具有重要的电学性质。其中最短的键仅为0.14纳米,所以才能以紧密的构型结合在一起,虽然一般情况下很难实现。在麻省理工学院(MIT),材料科学家 Jeffrey Grossman 和毕业生们已经建立了电脑模型来确定正确的孔径尺寸。也许需要用氦原子轰击石墨烯来制造合适大小的孔径,又或许纳米结构技术能制成合适大小的石墨单层。而石墨孔也必须用其他化学物质处理,使其能够与水分子相互作用。

一旦构建成功,这样一个水净化系统将非常简单,至少是低能耗的。现代脱盐技术需要大量能源使水能在高压下通过过滤膜。而石墨单层可以与盐水中的原子互相反应,从而被动地过滤。在普通脱盐系统的条件下,石墨系统将以其几百倍的速率反应,也可在更低的压力下进行,从而降低成本。

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