石墨烯能提高海水淡化技术吗？

研究人员表示，他们在寻求高效海水淡化方面已经达到了一个重大转折点，即石墨烯氧化物薄膜可以用作筛选海水中盐的筛子。

目前，这项技术仍局限于实验室，但它向我们表明，也许有一天，我们可以快速、轻松地将我们最丰富的资源之一——海水转化为我们最稀缺的资源之一——清洁饮用水。

英国曼彻斯特大学的Rahul Nair领导的研究小组表明，这种筛子可以有效过滤其中的盐，下一步的实验是将其与现有的脱盐膜进行比较。

奈尔说：“这项实验中最重要的步骤是将间隙大小均匀的可伸缩膜缩小到原子大小，这将为提高海水淡化技术的效率创造新的可能性。”。

“这为我们的实验指明了方向，也证实了我们描述的方法具有实际的可扩展性，可以大规模生产所需尺寸的石墨烯薄膜。”

长期以来，氧化石墨烯膜一直是过滤和脱盐的潜在原料。但是，尽管许多研究小组已经开发出可以从水中过滤出大颗粒的膜，但需要较小的筛子来去除其中的盐，这是科学家努力的方向。

最大的问题之一是，当氧化石墨烯薄膜浸入水中时，它们会膨胀，因此盐颗粒可以通过这些膨胀的孔隙。

曼彻斯特团队克服了这一问题，在氧化石墨烯的两侧建造了环氧树脂墙，这样薄膜就不会在水中发胖。

这使得他们能够准确地控制膜的孔径，从而生成足够小的孔，并最终过滤掉海水中的所有常见盐。

这一成就的关键在于，当普通盐溶解在水中时，它们会形成水分子的“保护壳”。

“水分子可以自由行走，但氯化钠不能。它需要水分子的帮助，”奈尔告诉BBC的保罗·林康。

盐周围形成的水分子的保护壳比通道的大小大，因此它不能通过这个通道

这不仅使海水可饮用，而且使水分子快速通过膜屏障。这是使用海水淡化的最佳方式。

奈尔向林康解释说：“毛细管的大小约为一纳米，与水分子的大小非常接近。这些分子形成了一个良好的互连装置，就像一列火车。”。

这使水移动得更快：当管道的尺寸很小时，会出现以下现象。当力被推到一边时，另一边的分子会快速移动，因为它们与氢键相连

如今，世界上几个主要的海水淡化厂都使用聚合物膜过滤盐分子，但这一过程仍然效率低下，成本高昂。因此，研究人员的最大目标是找到一种更快、更廉价的方法来实现这一过程。

由于气候变化，未来我们将拥有大量的海水资源。格陵兰沿海地区的冰盖正在缓慢融化，2100年将导致海平面上升3.8厘米（1.5英寸）。如果格陵兰岛的冰盖融化，未来几代人将面临高达7.3米（24英寸）的海洋。

但与此同时，世界许多地区仍然无法获得大量清洁的饮用水。联合国预测，到2015年，全世界将有14%的人口面临缺水问题，而这些国家中的大多数将无力承担大型海水淡化厂的高昂成本。

研究人员现在希望石墨烯可以用作基本筛，在大型工厂中高效生产小型石墨烯，从而使海水转化更加容易。

在实验中，制造氧化石墨烯比单层石墨更容易、更便宜，这意味着大多数国家都能负担得起这项技术，并能大量生产。

太平洋西北国家实验室的拉姆·德瓦纳塔（RamDevanatha）说：“水分子和离子通过物理上层间距限制的分离，为以较低价格合成脱盐膜打开了大门。”。他没有参与这项研究，但在《自然新闻与观点》的一篇文章中提到了这一事实。

“这项研究的最终目标是创造一种过滤装置，以便以最小的能量输入从海水或废水中生产饮用水。”

他补充说，研究的下一步将是测试长时间使用时膜的耐久性以及膜的更换频率。