科學家發明了把海水轉變成飲用水的石墨烯篩網!

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我的天!

Ocean Wave

藉由宣布發明了從鹽水中篩出鹽的氧化石墨烯膜(graphene-oxide membrane),研究人員在追求效率高的去鹽作用(desalination),取得重大轉折。

現階段,這項技術仍然局限於實驗室。但這是一個展示,將來有一天我們能夠快速且容易地把最豐富的資源之一,海水,轉變成最缺乏的資源之一,乾淨飲用水。

這個團隊由來自英國曼徹斯特大學(University of Manchester)的Rahul Nair所領導,展示篩網可以有效地過濾出鹽。而現在,下一步是對現有的去鹽膜進行去鹽測試。

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Nair說:「大小可變的膜,實現了均勻的細孔徑降到原子等級,是向前行的重要一步,而且對於改善去鹽技術的效率,開啟新的可能。」

「這是這個領域第一次明確的實驗。我們還展示出有實際的可能性,來擴大所描述的方法,並且大量生產所需的篩網尺寸的石墨烯膜。」

氧化石墨烯膜長期以來一直被認為是過濾和脫鹽的有希望的候選物,但儘管許多團隊開發出可以將大顆粒從水中篩選出來的膜,去鹽需要孔徑更小的篩網,而這是科學家努力要創造出來的。

一個大問題是,當氧化石墨烯膜浸入水中時會膨脹,使得鹽顆粒流過腫脹的細孔。

藉由在氧化石墨烯膜的兩側建立環氧樹脂(epoxy resin)牆,阻止在水中膨脹,曼徹斯特大學的團隊克服了這個問題。

這使得他們能夠精確地控制膜的細孔孔徑,產生足夠細小的孔,來過濾海水中所有常見的鹽。

關鍵點在於當常見的鹽溶解在水中時,會在自己周圍形成水分子的《殼》。

Nair告訴英國廣播公司(BBC)的Paul Rincon:「水分子可以單獨通過,但氯化鈉(sodium chloride)不能,它總是需要水分子的幫助。」

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「鹽的周圍的水殼尺寸大於通道的尺寸,所以無法通過。」

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這不僅造成海水淡化來飲用,還使得水分子更快速地流過膜屏障,用來去鹽是很完美的。

Nair對Rincon解釋:「當毛細管的尺寸大約為1奈米時,這是非常接近水分子的大小,那些分子形成很好的相互連接排列,就像是一列火車。」

「這使得水的移動更快:如果你在一邊推得更用力,由於氫鍵在它們之間的關係,分子會全都移向另一邊。如果通道尺寸非常小,你只能得到那樣的情況。」

世界上已經有幾座主要的海水淡化廠使用聚合物為主的膜來過濾鹽,但這個過程仍然相當的無效率和昂貴。所以找到一種更快、更便宜和更容易的方法,是研究人員的大目標。

由於氣候變遷,未來將會有大量的海水。格陵蘭島的海岸冰帽已經通過不回頭點(point of no return),預計在2100年前,海平面將上升約3.8公分(1.5英吋)。然而如果整個格陵蘭冰棚融化,後代將面臨海洋上升高達7.3公尺(24英呎)

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但與此同時,世界上許多地方仍然很難得到乾淨飲用水。聯合國預測到2025年前,世界人口的14%將遭遇水資源短缺,而許多國家將無法負擔大型海水淡化廠。

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這些研究人員現在希望以石墨烯為主的篩網可以在小規模上和大型海水淡化廠一樣有效,這樣會更容易推出。

石墨烯氧化物還比單層石墨烯更容易且更便宜在實驗室製造,意味著這項技術將可付得起,並且易於生產。

沒有參與研究、來自西北太平洋國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory)的Ram Devanathan,在伴隨一篇自然新聞與觀點(Nature News and Views)的文章中寫道:「透過層間距離的物理限制,水分子從離子的選擇性分離,打開了不貴的去鹽膜合成的大門。」

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「最終目標是創造出一個過濾裝置,以最少的能量輸入,從海水或廢水產生飲用水。」

他補充下一步驟將是測試長時間使用膜的耐久性,以及需要更換的頻率。

這項研究發表在自然奈米科技(Nature Nanotechnology)期刊

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「語音合成由賽微科技提供」

來源:Science Alert