中國粉體網(wǎng)訊  隨著人類的不斷發(fā)展，水污染已成了全球性難題，在此背景下，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO ）的科學(xué)家們，開發(fā)出一種名為Graphair的新型石墨烯濾膜；經(jīng)測試，該膜可以過濾掉悉尼港采集的水樣本中99%以上的污染微粒，直接達(dá)到可供飲用的程度。另外，與常規(guī)石墨烯相比，Graphair濾膜制作簡單、成本更低廉。

新型濾膜實(shí)現(xiàn)99%過濾悉尼港海水，可直飲（來源：網(wǎng)易科技頻道）

海水淡化就是將海水脫鹽生產(chǎn)淡水，傳統(tǒng)的方法有蒸餾法（又稱熱法）、冷凍法、露點(diǎn)蒸發(fā)法等。膜分離具有高效節(jié)能、選擇性好、無相態(tài)和化學(xué)變化及可在常溫下操作等優(yōu)點(diǎn)，是繼蒸餾法后的一項(xiàng)重要技術(shù)。而碳膜有優(yōu)良的選擇性、高的熱穩(wěn)定性和很好的耐腐蝕性成為很有潛力的海水淡化膜。

石墨烯膜在海水淡化中的應(yīng)用

石墨烯是碳膜的一種，利用石墨烯進(jìn)行海水淡化是一種新的海水淡化技術(shù)，它是一種反滲透海水過濾法。石墨烯膜在石墨烯片層表面有納米孔，這種結(jié)構(gòu)能加快水的流動(dòng)，并且鹽可以被排除，具體過程如圖所示。

（a）納米孔石墨烯海水淡化；（b）帶有親水鍵的納米孔；（c）計(jì)算機(jī)模擬石墨烯過濾；（d）帶有親水鍵納米孔（左）和官能化的納米孔（右）

相對(duì)于其他膜的海水淡化性能，石墨烯膜有很多優(yōu)點(diǎn)。其中最大的優(yōu)點(diǎn)是膜僅有一個(gè)原子層厚，所以厚度可以忽略。而且石墨烯機(jī)械強(qiáng)度高，在低壓下就有很高的水通量。

石墨烯膜的脫鹽率取決于兩個(gè)重要因素：孔徑和壓力。試驗(yàn)證明增大孔徑和壓力均會(huì)降低膜的脫鹽性能。石墨烯納米孔膜的最大缺陷在于水通量與石墨烯片層上的孔數(shù)目成正比，但是通過增加孔的數(shù)目，膜的力學(xué)性能會(huì)降低。因此制備大面積具有可控納米孔徑的石墨烯膜還需要繼續(xù)研究。

氧化石墨烯膜在海水淡化中的應(yīng)用

在目前應(yīng)用的海水淡化裝置中，反滲透膜（RO）是主要的分離膜，雖然其效率高、成本低，但是RO裝置需要很高的壓力，同時(shí)濃縮海水作為副產(chǎn)物會(huì)造成二次污染，很大程度上限制了RO膜的應(yīng)用。

氧化石墨烯膜是近年來才研制出的一種新型可以用于海水淡化的膜，其具有制備簡單，機(jī)械強(qiáng)度高，可工業(yè)化生產(chǎn)。氧化石墨烯(GO)片層可以堆疊成單層膜，膜上有數(shù)百萬納米毛細(xì)管。小的離子可以快速穿過GO膜，吸收的離子對(duì)膜的滲透性能沒有影響，主要影響膜滲透速率的是水合半徑。

水分子通過GO片層示意圖

目前已經(jīng)用各種方法來提升GO膜的海水淡化性能，包括自組裝無載體GO膜GO-表面修飾膜、GO復(fù)合膜等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，加入GO后膜的機(jī)械強(qiáng)度、抗菌性、抗污染性、選擇性、水通量和熱穩(wěn)定性都明顯提高。

總體來說，加入GO的膜沒有其他實(shí)際應(yīng)用問題，因?yàn)镚O 與聚合物復(fù)合膜對(duì)膜的性能有明顯的提升作用。但是GO在膜中的作用和機(jī)理等問題還沒有明確，而且膜的穩(wěn)定性、非理想狀態(tài)排列、表面缺陷等問題還沒有解決，在這方面還需要做更多的研究工作。