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专业论文:万能材料石墨烯可实现高效净水

2021-01-25 11:51
陈述根本
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文/陈根

当像石墨烯这样的二维纳米材料层叠在一起时,这些材料之间会形成微小的缝隙,具有广泛的潜在用途。现在,布朗大学的科学家们就利用石墨烯层叠层中的微小间隙,高效过滤污染物,展示了一种很有前途的新型净水技术。

事实上,石墨烯作为一种二维的碳片,厚度只有一个原子。其中之一就是作为一种水过滤工具的能力,这种材料能够被制成膜,允许水分子通过,同时捕获液体中的杂质。包括从海水中提取盐,或清除人口稠密地区水源中的污染物。

陈根:如果用万能材料石墨烯,实现高效净水?

当这些石墨烯片叠在一起时,就会在它们之间形成可用于过滤的纳米通道。这意味着水可以进入烟囱,并通过材料纵向运行,污染物过滤出来。布朗大学的研究小组认为,如果水可以垂直方向过滤,只需要穿过材料的厚度,而不是整个长度,那么效率就会大大提高。

目前,布朗大学的研究小组正在研究如何改进这些类型的技术,并且正在研究如何以不同的方式操纵石墨烯片堆以产生更好的结果。

然而,在垂直方向上形成必要的纳米通道已经被证明是困难的。基于此,研究人员开发了一种解决方法。首先,将石墨烯片叠放在一个弹性衬底上,然后将其拉伸。在片材沉积之后,基板上的张力被释放,从而使其收缩。当这种情况发生时,石墨烯聚集在顶部形成尖锐的峰谷。

研究人员表示,开始弄皱石墨烯的时候,就是在把薄片和通道倾斜出平面。如果石墨烯能够皱到一定程度,将导致这些通道最终几乎垂直排列。

一旦通道几乎是垂直的,组装物就会被环氧树脂包裹起来,顶部和底部就会被修剪掉,这样就可以打开通道,一直穿过材料。研究人员将这些组装体命名为VAGMEs(垂直排列的石墨烯膜)。

研究人员表示,最终将得到一种膜,膜上有很短很窄的通道,只有很小的分子才能通过。比如,水可以通过,但是有机污染物或某些金属离子会太大而无法通过。这项研究显示出可发展的潜力,目前,研究人员已计划继续开发这项技术,并着眼于潜在的工业或家庭过滤应用。

其研究已发表在《自然通讯》杂志上。

陈根:如果用万能材料石墨烯,实现高效净水?

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