石墨烯復(fù)合薄膜打破了分離領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用局限性
發(fā)布日期：2019-07-05 來源： 瀏覽次數(shù)：98
海水的淡化和凈化技術(shù)一直是人類迫切需要解決的難題。人所共知，海水占了水資源的絕大比例，海水占了97.47%，淡水僅占2.53%。由于人類生活污水、工業(yè)廢水以及農(nóng)業(yè)用水的影響，淡水資源一直緊缺。近期，美國《科學(xué)》雜志發(fā)表一篇關(guān)于用石墨烯等材料開發(fā)出一種超薄、高輕度薄膜，可以有效分離水中的鹽離子和有機(jī)污染物，未來在水凈化和化工原料分離等領(lǐng)域會(huì)有長遠(yuǎn)發(fā)展。
石墨烯作為目前已知的輕薄納米材料，是合成超薄納濾膜的理想材料，但事實(shí)上，單層石墨烯薄膜在轉(zhuǎn)移過程中易破裂等問題，限制其發(fā)展。盡管市場上售賣石墨烯薄膜，但是易破裂問題仍然存在。中美兩國研究團(tuán)隊(duì)深度合作，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，形成類似于樹葉或昆蟲翅膀的結(jié)構(gòu)。
據(jù)研究顯示，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，一般情況下，1平方厘米薄膜在一定壓力下，1分鐘可產(chǎn)出1毫升純凈水，相比傳統(tǒng)相似薄膜高出10至100倍。它的機(jī)械性能尤其突出，在彎曲變形情況下，仍能保持結(jié)構(gòu)完整性、水滲透率等特點(diǎn)。石墨烯納米篩復(fù)合薄膜材料的成功研發(fā)，代表了二維材料在分離領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用方面的局限性被打破，為便捷選擇性分離技術(shù)打開一扇新窗戶。
海水的淡化和凈化技術(shù)一直是人類迫切需要解決的難題。人所共知，海水占了水資源的絕大比例，海水占了97.47%，淡水僅占2.53%。由于人類生活污水、工業(yè)廢水以及農(nóng)業(yè)用水的影響，淡水資源一直緊缺。近期，美國《科學(xué)》雜志發(fā)表一篇關(guān)于用石墨烯等材料開發(fā)出一種超薄、高輕度薄膜，可以有效分離水中的鹽離子和有機(jī)污染物，未來在水凈化和化工原料分離等領(lǐng)域會(huì)有長遠(yuǎn)發(fā)展。
石墨烯作為目前已知的輕薄納米材料，是合成超薄納濾膜的理想材料，但事實(shí)上，單層石墨烯薄膜在轉(zhuǎn)移過程中易破裂等問題，限制其發(fā)展。盡管市場上售賣石墨烯薄膜，但是易破裂問題仍然存在。中美兩國研究團(tuán)隊(duì)深度合作，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，形成類似于樹葉或昆蟲翅膀的結(jié)構(gòu)。
據(jù)研究顯示，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，一般情況下，1平方厘米薄膜在一定壓力下，1分鐘可產(chǎn)出1毫升純凈水，相比傳統(tǒng)相似薄膜高出10至100倍。它的機(jī)械性能尤其突出，在彎曲變形情況下，仍能保持結(jié)構(gòu)完整性、水滲透率等特點(diǎn)。石墨烯納米篩復(fù)合薄膜材料的成功研發(fā)，代表了二維材料在分離領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用方面的局限性被打破，為便捷選擇性分離技術(shù)打開一扇新窗戶。
