7月1日。
黄豪🃩🚝杰和一众海水淡化研究所的研究员,正在讨论着海水淡化技术的一些问题。
理论计算证明,石墨烯可以应用于海水淡化,制成的单层纳🁱🉡米孔二维🎐🐑薄膜相比传统海水淡化膜具有超高🎆🎶🕤的选择性分离效率。
然而,大面积石墨烯内部存在的晶界会降低石墨烯的机械性能,引入纳米孔的过程将会进一步降低机械性能,导致分离薄膜容易发生局部破裂,极大地降低🝄🈨分离效率和分离选择性。
当然这🃣🙤个问题对于银河科技不算什么,原子操纵技术可以完美的解决这个问题。
目前的石墨烯海水淡化膜分为两类。
一类是以麻省理工学院教授ro🞷😰🅀hitkarnik团队为代表所研究的🃛😠🂲单原子层厚的纳米多孔薄膜。
但是🃩🚝,单原子层厚的石墨🃋🖌烯机械强度较弱,所以实验研究中用到的石墨烯都用了聚合物膜支撑。
并且直接通过高能电子束轰击或氧等离子体刻蚀在石墨烯内部引🏋入亚纳米孔,孔径分布范围较广,极大地降低了分离效率,所以无法应用于实际。
另外一类是炸药物理学奖得主、🞷😰🅀曼彻斯特大学教授an🚄dregeim团队研究的氧化石墨烯📯膜。
氧🄨⛬🝛化石墨烯容易量产,但是氧化石墨烯膜浸润在溶液中之后,氧化石墨烯片层之间会吸水扩大层间距,降低了海水淡化效率,因此现有的研究📉🙄🇷工作主要集中于如何控制氧化石墨烯片层之间的层间距。
另外国内也有相关的研究成果。
那就是制作的石墨🙨烯纳米筛和碳纳🌐♵米管相结合的二元结构石墨烯薄膜,该薄膜兼具前者的选择性分离🃬效率和后者的强度优势。
单原子层厚的纳米多孔🐬二维材料具🌐♵有最小的水传输阻力和最大的水渗透流量,是构建超薄高效海水淡化膜的理想🆦👳🌼材料。
然而,将超薄二维材料应🃋🖌用于🐼实际海水淡化面临着两大难题。
首先是如何制备具有优异机械强度和柔性的🙁🙥大面积无裂缝的纳米孔二维薄膜。🎵
其次是如何在薄膜内部引入高密度均一孔径分布的亚纳米孔,实现水分子的高效选择性通过和盐离子🃬/有机分子的有效截留🙠🝧。
对于第一个难题,碳纳米管具有优异的机械性🞯🗩能,并且与石墨烯的结🎐🐑构类似,两者之间可以通过π-π🎆🎶🕤键和范德华力相互作用。
由碳纳米管搭接形成的碳纳米管薄膜是一种多孔的网络结构(平均🆧👺孔径300纳米)的薄膜,不仅可以与石墨烯的结构完美匹配,也不会影响水渗透率。
因此,🃣🙤因此国内的研🛂🙣究机构想到将纳米孔石墨烯与🁷碳纳米管结合来弥补前者的缺陷。
他🄨⛬🝛们先在铜箔上生长出一层单层石墨烯,再在上面的一些区域覆盖相互连通的碳纳米管网络,将铜箔溶蚀掉之后就得到了一张碳纳米管支撑的石墨🄫烯薄膜。
为取得高密度均一孔径分布的亚纳米孔,他们在石墨烯表面生长了一层均一孔径分布的介孔氧化硅(平均孔径2纳米)作为掩模板,🙘用氧等离子⚝💜💬体刻蚀去掉介孔氧化硅孔径内的石墨烯。