中英科学家石墨烯研究获突破 有望快速将海水淡化成饮用水

2014-3-13 15:42 来源: 新华网
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  中国科学技术大学教授吴恒安、博士王奉超与诺贝尔物理学奖得主、英国曼彻斯特大学安德烈・海姆教授课题组合作,近期在石墨烯材料研究方面取得突破,有望实现海水的迅速淡化与净化。

  石墨烯以独特的力学和电学特性被称为“神奇材料”,但其与水的相互作用却让人困惑:石墨烯表面排斥水,但浸入到水中的石墨烯薄膜毛细通道却允许水快速渗透。

  中国科技大学近代力学系教授吴恒安与英国曼彻斯特大学学者长期合作研究,最新发现表明,水环境中的氧化石墨烯薄膜与水相互作用后,会形成约0.9纳米宽的毛细通道,允许直径更小的离子或分子快速通过,而直径大于0.9纳米的离子被完全阻隔。也就是说,氧化石墨烯薄膜具有“快速精密筛选离子”的性能。

  吴恒安教授课题组采用理论分析和分子模拟方法,研究了石墨烯纳米通道快速过滤离子的机理。他们的计算机模拟研究表明,石墨烯与离子之间的相互作用使离子在纳米通道中聚集,从而促进了离子的快速扩散。这一发现合理解释了实验结果,也被称为“离子海绵效应”。

  专家称,如果通过机械手段进一步压缩薄膜中的毛细通道尺寸,将能高效率地过滤海水中的盐分。这意味着制造一个几分钟内可将一杯海水淡化成饮用水的过滤装置,有望成为现实。

  日前,国际权威学术期刊《科学》刊登了这项研究成果,并展望评述认为,氧化石墨烯薄膜在众多分离应用中具有重要意义,比如在海水淡化与净化、传感技术以及能源转换等领域,具有广阔的应用前景。