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新型石墨烯薄膜可高效净化水

  中美两国科研人员在新一期美国《科学》杂志上发表论文,介绍了用石墨烯等材料开发出的一种超薄、高强度薄膜,它可高效分离水中的盐离子和有机污染物,?#22411;?#29992;于水净化、化工原料分离纯化等领域。

  据介绍,像石墨烯这样只有一层原子厚的二维材料,是构建超薄纳滤膜的理想材料,但单独的石墨烯薄膜会受破裂等问题影响,因此相关研究中一直存在如?#38382;?#29616;优异机?#30331;?#24230;和大面积无裂缝制备的难题。

  中国武汉大学袁荃团队和美国加利福尼亚大学洛杉矶?#20013;?#27573;镶锋团队合作,将具有优异机械?#38405;?#21644;多孔结构的碳纳米管薄膜作为石墨烯薄膜的机械支撑层,从而将石墨烯薄膜分割成多个微区域,形成类似于建筑“水立方”表面、树叶或昆虫翅膀的结构。

  论文通讯作者袁荃对新华社记者说,当石墨烯薄膜内部存在缺陷、裂缝或者石墨烯薄膜受到外?#31185;?#22351;时,碳纳米管网络结构可以阻碍缺陷延伸和扩大,将缺陷局限在一个小?#27573;?#20869;。

  研究显示,这种?#24576;?#20026;“石墨烯纳米筛/碳纳米管复合薄膜”的材料,孔径尺寸约0.6纳米,大于水分子的尺寸(约0.3纳米),但小于一些金属盐离子的尺寸(水合钠离子尺寸约0.7纳米),因此可将水分子和盐离子有效分离,?#38405;啤?#38078;和镁等金属盐离子的截留率可达85%以上,对水溶液中的有机污染物分子截留率高达99%。

  这种薄膜的渗透率高,1平方厘米薄膜在一定压力下每?#31181;?#21487;产出1毫升纯净水,是一些传统类似薄膜的10倍到100倍。它的机械?#38405;?#20063;很好,在弯曲形变下仍可保持结构完整性、水渗透率等特点。

  论文第一作者、武汉大学研究人员杨雁冰说,该研究克服了二维材料在分离领域?#23548;视?#29992;的局限性,开启了一扇通往高效选择性分离的大门。

  


关键字:石墨烯薄膜
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