海水淡化是人類追求了幾百年的夢想, 但是海水淡化受技術和成本制約仍未得到廣泛應用. 記者日前從南京工業大學獲悉, 該校材料化學工程國家重點實驗室金萬勤教授團隊與國內相關科研單位合作, 在石墨烯膜淡化海水的研究上獲得突破性進展, 提出並實現了用水合離子自身精確控制石墨烯膜的層間距, 展示了其出色的離子篩分和海水淡化性能.
有專家預言, 隨著生態環境的惡化, 人類解決水荒的最後途徑很可能是對海水的淡化. 全球海水淡化技術超過20餘種, 主要分為蒸餾法和膜法兩大類. 石墨烯因其獨特的二維結構, 是構築高性能分離膜的理想材料, 但由於現有技術手段難以將氧化石墨烯膜的層間距精確控制在十分之一納米的尺度, 加之石墨烯膜在水溶液中會發生溶脹導致分離性能嚴重衰減, 石墨烯用於離子篩分和海水淡化仍面臨著巨大挑戰.
金萬勤教授團隊與上海應用物理研究所, 上海大學, 浙江農林大學等單位學者開展合作研究, 設計製備了通過水合離子精密調控層間距的疊層 (氧化) 石墨烯膜, 實現了鹽溶液中水分子與不同離子的精確篩分. 對於具有最小水合直徑的鉀離子, 科研人員採用經過鉀離子溶液浸泡的石墨烯膜阻止水合鉀離子進入, 有效截留鹽溶液中包括鉀離子本身在內的所有離子, 同時還能保持水分子快速透過, 使得鹽離子和純水分別在石墨烯膜的進料側和滲透側高效富集.
該成果已發表在《自然》雜誌上, 這項研究不僅為石墨烯膜的設計製備提供了理論與技術指導, 也為其他二維材料在分離膜領域的研究開闢了新思路.
