新型石墨烯薄膜可高效凈化水

中美兩國(guó)科研人員在新一期美國(guó)《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文，朝陽(yáng)鐵粉介紹了用石墨烯等材料開(kāi)發(fā)出的一種超薄、高強(qiáng)度薄膜，它可高效分離水中的鹽離子和有機(jī)污染物，有望用于水凈化、化工原料分離純化等領(lǐng)域。

據(jù)介紹，像石墨烯這樣只有一層原子厚的二維材料，是構(gòu)建超薄納濾膜的理想材料，但單獨(dú)的石墨烯薄膜會(huì)受破裂等問(wèn)題影響，因此相關(guān)研究中一直存在如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度和大面積無(wú)裂縫制備的難題。

中國(guó)武漢大學(xué)袁荃團(tuán)隊(duì)和美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒團(tuán)隊(duì)合作，將具有優(yōu)異機(jī)械性能和多孔結(jié)構(gòu)的碳納米管薄膜作為石墨烯薄膜的機(jī)械支撐層，從而將石墨烯薄膜分割成多個(gè)微區(qū)域，形成類似于建筑“水立方”表面、樹(shù)葉或昆蟲(chóng)翅膀的結(jié)構(gòu)。

論文通訊作者袁荃對(duì)新華社記者說(shuō)，當(dāng)石墨烯薄膜內(nèi)部存在缺陷、裂縫或者石墨烯薄膜受到外部破壞時(shí)，碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以阻礙缺陷延伸和擴(kuò)大，將缺陷局限在一個(gè)小范圍內(nèi)。

研究顯示，這種被稱為“石墨烯納米篩/碳納米管復(fù)合薄膜”的材料，孔徑尺寸約0.6納米，大于水分子的尺寸（約0.3納米），但小于一些金屬鹽離子的尺寸（水合鈉離子尺寸約0.7納米），因此可將水分子和鹽離子有效分離，對(duì)鈉、鉀和鎂等金屬鹽離子的截留率可達(dá)85%以上，對(duì)水溶液中的有機(jī)污染物分子截留率高達(dá)99%。

這種薄膜的滲透率高，1平方厘米薄膜在一定壓力下每分鐘可產(chǎn)出1毫升純凈水，是一些傳統(tǒng)類似薄膜的10倍到100倍。它的機(jī)械性能也很好，在彎曲形變下仍可保持結(jié)構(gòu)完整性、水滲透率等特點(diǎn)。

論文第一作者、武漢大學(xué)研究人員楊雁冰說(shuō)，該研究克服了二維材料在分離領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的局限性，開(kāi)啟了一扇通往高效選擇性分離的大門(mén)。