石墨烯又一次得到人们的的关注：这次是氧化石墨烯膜，它可能是新型过滤技术中最有前途的材料。现在人们终于成功制造能够出能够滤普通盐的膜。它有着为数百万人提供清洁饮用水的潜力。
来源 曼彻斯特大学
编译 紫苏
曼彻斯特大学的科学家的新发现在发表在《自然·纳米技术》杂志上。此前的石墨烯氧化物膜已经显示出了进行气体分离和水过滤的强大潜力，它们已经被证实可以用于过滤掉小纳米颗粒，有机分子甚至大颗粒的盐的能力。然而它们不能用于筛出脱盐技术中的普通盐类，因为它们的“筛孔”还不够小。
曼彻斯特大学以前的研究发现，如果浸入水中，石墨烯氧化物膜变得肿胀，虽然膜还能阻断较大的盐类，较小的盐与水一起通过薄膜。
曼彻斯特的团队现在已经进一步开发了这些石墨烯膜，并且发现了一种避免膜暴露于水时溶胀的方法。他们已经可以精确控制膜中的孔径，从而可以从咸水中过滤出普通的盐，保证饮用的安全性。
当普通盐溶解在水中时，它们总是在盐分子周围形成水分子的“壳”。这让氧化石墨烯膜的微小毛细管阻挡盐与水一起流动。那些独立的水分子能够通过膜屏障，相当快速地通过。
曼彻斯特大学的 Rahul Nair 教授说：“实现到原子尺度的确定滤孔是一个重大的进步，将为提高脱盐技术的效率开辟新的可能性。
“这是这个领域的第一个明确的实验，我们还证明了我们可以通过改变滤孔大小，实现对具有对各种滤孔大小的石墨烯膜的大规模生产。
随着气候变化的影响继续减少现代城市的供水，富裕的发达国家也在投资海水淡化技术。继加州的严重洪灾以后，主要富裕城市也越来越多地寻求替代水解决方案。
到2025年，联合国预计世界人口的14％将遇到缺水问题。这种技术有可能彻底改变世界各地的水过滤系统，特别是在无法建造大型脱盐厂的国家。
原文链接：http://www.manchester.ac.uk/discover/news/graphene-sieve-turns-seawater-into-drinking-water
相关论文信息
题目 Tunable sieving of ions using graphene oxide membranes
作者 Jijo Abraham, Kalangi S. Vasu, Christopher D. Williams,Kalon Gopinadhan,Yang Su, Christie T. Cherian,James Dix,Eric Prestat,Sarah J. Haigh,Irina V. Grigorieva,Paola Carbone,Andre K. Geim& Rahul R. Nair
AffiliationsContributionsCorresponding author
期刊 Nature Nanotechnology (2017)
doi:10.1038/nnano.2017.21
发表时间 Published online 03 April 2017
摘要 Graphene oxide membranes show exceptional molecular permeation properties, with promise for many applications. However, their use in ion sieving and desalination technologies is limited by a permeation cutoff of ∼9 Å (ref. 4), which is larger than the diameters of hydrated ions of common salts4, 6. The cutoff is determined by the interlayer spacing (d) of ∼13.5 Å, typical for graphene oxide laminates that swell in water2, 4. Achieving smaller d for the laminates immersed in water has proved to be a challenge. Here, we describe how to control d by physical confinement and achieve accurate and tunable ion sieving. Membranes with d from ∼9.8 Å to 6.4 Å are demonstrated, providing a sieve size smaller than the diameters of hydrated ions. In this regime, ion permeation is found to be thermally activated with energy barriers of ∼10–100 kJ mol–1 depending on d. Importantly, permeation rates decrease exponentially with decreasing sieve size but water transport is weakly affected (by a factor of <2). The latter is attributed to a low barrier for the entry of water molecules and large slip lengths inside graphene capillaries. Building on these findings, we demonstrate a simple scalable method to obtain graphene-based membranes with limited swelling, which exhibit 97% rejection for NaCl.
链接 http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2017.21.html
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