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杜安
【中国环保在线 污水处理】作为本世纪的“神奇材料”，石墨烯与水之间的相互作用机理却并不为人们所了解。所幸，据日前出版的《科学》杂志报道，中英两国组成的科研团队成功在石墨烯功能材料研究方面取得突破性进展，发现了氧化石墨烯薄膜具有精密快速筛选离子的性能。
向大海要水喝有新招 石墨烯摁下海水淡化快捷键
“有一种物质，如同爱丽丝仙境一般神奇，那就是石墨烯。”在《中国制造2025》中选择的10大重点突破技术和战略产业中，石墨烯材料是前沿新材料领域的四大重点之一。作为目前发现的厚度薄、强度高、导电性能好的新型纳米材料，石墨烯被称为可改变21世纪的“神奇材料”。
何谓石墨烯？提起石墨我们一定不陌生，常用的铅笔笔芯就是石墨与黏土的混合，而石墨烯的主要来源就是石墨。虽然“出身”平平，却不影响石墨烯技惊四座。它不仅是迄今为止自然界薄的材料，也是强度高的材料，石墨烯的断裂强度比好的钢材还要高出200倍。石墨烯的弹性惊人，可被无限拉伸和弯曲，抗压能力、导热和导电性也令它在诸多材料中崭露头角。
同样地，石墨烯在水处理领域的应用也堪称神奇。在众多业界人士看来，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。石墨烯与水之间的这种“若即若离”的关系令科学家着迷。
据新华社此前报道，氧化石墨烯薄膜在气体分离和水处理方面已经展示了很大的应用潜力，但现有的这类薄膜还无法适应海水淡化工艺要求。曼彻斯特大学此前的研究就发现，如果将这类薄膜浸泡在水中，它会轻微膨胀，微小的盐离子会随着水流渗透薄膜，无法完成对盐的过滤。
为解决上述问题，英国曼彻斯特大学与中国科学技术大学的研究团队合作，成功组建了一个能够从海水中去除盐类物质的石墨烯氧化物筛网，利用环氧树脂涂层在薄膜两边形成“阻隔墙”，有效控制薄膜在水中的膨胀程度。这一方法能够更地控制薄膜上微空隙的大小，不让它因薄膜膨胀而变得过大，从而实现对细小盐离子的过滤。这一发现合理解释了实验结果，也被称为“离子海绵效应”。
用计算机模拟石墨烯纳米通道快速过滤离子的过程发现，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。如果将这类薄膜浸泡在水中，它会轻微膨胀，微小的盐离子会随着水流渗透薄膜，无法完成对盐的过滤。这意味着，制造一个几分钟内将一杯海水淡化成饮用水的过滤装置有望成为现实，已不再是科幻小说场景。
诚然，利用石墨烯这一特性，未来人类让大海变成巨大淡水库或许不再是天方夜谭。联合国曾经预测过，到了2025年，将有14%的人口面临水源紧张的情况。随着气候变化降水量持续减少城市水资源供应开始紧张，发达国家也不得不大力发展海水淡化技术。而这项技术的成熟或许会解决的淡水资源供应紧张的问题。
“除了推行节水措施、提高利用效率、开展跨流域调水等方式，我们必须实施海水有效利用与代替，向大海要水‘喝’。”在国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所所长李琳梅看来，目前，上海水淡化技术日趋成熟，已形成产业，增长速度和应用领域日益扩大，已有160多个国家应用淡化技术。显然，石墨烯的“华丽转身”无疑将助推海水淡化产业迎来实质性利好。
