Nature Nanotechnology专辑：碳纳米孔膜用于海水脱盐！

对饮用水以及灌溉用水不断增长的需求，是本世纪最重大的挑战之一。海水脱盐是解决这一困扰的有效办法，并已经在少数国家开始实施。然而，海水脱盐技术目前并不成熟，效率低下，能耗偏高，不可持续。

 

图1. 迪拜脱盐装置

 

有鉴于此，Nature Nanotechnology从不同方面，就碳纳米孔膜如何构建更高效、更实用的脱盐装置进行了系统总结。

 

1.CNT/聚合物复合薄膜

焦耳热确保CNT/聚合物复合薄膜可在高浓度离子环境中稳定工作，持续蒸馏脱盐。

 

图2.碳纳米管/聚合物复合膜持续脱盐原理

AlexanderV. Dudchenko, David Jassby et al. Nature Nanotechnology 2017, 12, 557–563. Frequency-dependentstability of CNT Joule heaters in ionizable media and desalination processes.

 

2.石墨烯氧化物膜脱盐

根据尺寸选择效应，膨胀的氧化石墨烯膜中，水分子和离子都可以通过；然而，在压缩的氧化石墨烯膜中，水分子可以通过，离子不能通过。

 

图3. 氧化石墨烯膜中水分子和离子传递示意图

JijoAbraham, Rahul R. Nair et al. Tunable sieving of ions using graphene oxidemembranes. Nature Nanotechnology 2017, 12, 546–550.

 

3.长程有序石墨烯纳米片膜

通过冷冻浇注、冷冻干燥和热退火工艺，得到碳纤维链接的长程有序的石墨烯纳米片，据此构建蒸汽纳米发电机，具有优异的水蒸发脱盐效果。

 

图4. 基于石墨烯的蒸汽纳米发电机

PanpanZhang, Liangti Qu et al. Vertically Aligned Graphene Sheets Membrane for HighlyEfficient Solar Thermal Generation of Clean Water. ACS Nano, 2017, 11,5087–5093.

 

4.各种原子级超薄纳米孔薄膜

石墨烯以及其他二维材料在纳米尺度提供了新的质量传递路径。这些材料具有纳米尺度的孔道结构，高力学性能和化学修饰可控性，为膜分离领域带来了新气象。

 

图5. 原子级超薄纳米多孔膜的特征参数

LudaWang, Rohit Karnik et al. Fundamental transport mechanisms, fabrication andpotential applications of nanoporous atomically thin membranes. NatureNanotechnology 2017, 12, 509–522 .

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