海水淡化是人类追求了几百年的梦想, 但是海水淡化受技术和成本制约仍未得到广泛应用. 记者日前从南京工业大学获悉, 该校材料化学工程国家重点实验室金万勤教授团队与国内相关科研单位合作, 在石墨烯膜淡化海水的研究上获得突破性进展, 提出并实现了用水合离子自身精确控制石墨烯膜的层间距, 展示了其出色的离子筛分和海水淡化性能.
有专家预言, 随着生态环境的恶化, 人类解决水荒的最后途径很可能是对海水的淡化. 全球海水淡化技术超过20余种, 主要分为蒸馏法和膜法两大类. 石墨烯因其独特的二维结构, 是构筑高性能分离膜的理想材料, 但由于现有技术手段难以将氧化石墨烯膜的层间距精确控制在十分之一纳米的尺度, 加之石墨烯膜在水溶液中会发生溶胀导致分离性能严重衰减, 石墨烯用于离子筛分和海水淡化仍面临着巨大挑战.
金万勤教授团队与上海应用物理研究所, 上海大学, 浙江农林大学等单位学者开展合作研究, 设计制备了通过水合离子精密调控层间距的叠层 (氧化) 石墨烯膜, 实现了盐溶液中水分子与不同离子的精确筛分. 对于具有最小水合直径的钾离子, 科研人员采用经过钾离子溶液浸泡的石墨烯膜阻止水合钾离子进入, 有效截留盐溶液中包括钾离子本身在内的所有离子, 同时还能保持水分子快速透过, 使得盐离子和纯水分别在石墨烯膜的进料侧和渗透侧高效富集.
该成果已发表在《自然》杂志上, 这项研究不仅为石墨烯膜的设计制备提供了理论与技术指导, 也为其他二维材料在分离膜领域的研究开辟了新思路.
