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石墨烯膜為海水淡化帶來新的低能耗可持續解決方案
2022年02月15日 11:00:07
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：5904
2月10日，哈爾濱工業大學環境學院馬軍院士團隊與阿卜杜拉國王科技大學賴志平教授團隊聯合攻關，在膜法水處理技術研究領域取得重大突破，其成果日前發表在國際期刊《先進材料》上，該研究設計合成了超高通量多孔石墨烯膜并利用低品質熱源實現了高效可持續的海水淡化。
【化工儀器網 項目成果】全球日益嚴重的水資源短缺和當前海水淡化技術的高碳足跡促使人們尋求一種替代的低成本和可持續的解決方案。膜蒸餾(MD)是一種利用熱量驅動蒸汽通過多孔疏水膜，并在滲透液中獲得清潔和新鮮的水，而液態水則被表面疏水性阻擋的簡單過程，是一項具有重大應用前景的海水淡化技術，同時也是諸多零排放工藝中的關鍵核心技術。
原則上來說，MD可以100%收獲來自受污染或高鹽度水域的水，但由于膜的通量較低，即便使用夾層、分層或Janus進行結構優化可以改善通量，迄今為止報告的最佳膜通量仍小于80 LMH，極大地阻礙了MD膜的實際應用，MD膜通量低是限制該技術廣泛應用的主要瓶頸。
2月10日，哈爾濱工業大學環境學院馬軍院士團隊與阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)賴志平教授團隊報告了一種制備超高通量納米多孔石墨烯(NG)膜的新工藝，且無需合成后的孔生成和轉移過程。該工作設計合成了超高通量多孔石墨烯膜并利用低品質熱源實現了高效可持續的海水淡化，在膜法水處理技術研究領域取得重大突破，其成果日前發表在國際期刊《先進材料》上。
所得的NG膜是通過在高度多孔的陽極氧化鋁載體的頂部邊緣選擇性地形成，這為水蒸氣創造了短而快速的傳輸路徑，比迄今為止報道的MD膜通量高一個數量級、脫鹽率大于99.8%，這種超高通量納米多孔石墨烯膜顯示出在海水淡化中實際應用的巨大潛力。
為了證明NG膜的實際適用性，團隊經過一組對比實驗，分別使用NG膜與商業PTFE MD膜在相同條件下進行了測試，NG-800膜的水通量為20至100 MH，平均產水量為86.3 LMH，而脫鹽率始終高于99.8%，而商業PTFE MD膜的平均水通量僅為4.1 LMH。
這種通過催化熱解固體碳源制備超薄NG膜的工藝，使得NG膜在很大程度上能夠繼承載體的高孔隙率，并且無需底物轉移和合成后孔生成，同時固體碳源的使用實現了將膜厚度精確控制到納米級。這項工作提供了一種有前途的低成本和可持續的海水淡化工藝。
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