石墨烯在海水淡化领域的应用

摘要:石墨烯以其独特的结构、性质及潜在的应用,吸引了无数科学工作者的眼光,已成为材料、化学、物理等众多领域研究的热点。本文介绍石墨烯应用在海水淡化领域相比现有海水脱盐反渗透技术的优势,重点阐述了杭州驰飞超声波设备有限公司(以下简称“驰飞超声波”)研制超声波纳米制备装置, 为规模化制备高质量石墨烯提出了新思路。

关键词:驰飞超声波;超声波纳米制备装置;石墨烯;海水淡化

在世界上许多地方,淡水的供应正在日趋减少,随着人口的增长,这一问题还将持续严峻。因此,有不少人都将目光转向了几乎是无限供应的海水,各种海水淡化技术也应运而生,但到目前为止,它们还都过于昂贵,无法大范围、低成本推广。


目前海水脱盐最常用的是反渗透技术。其工作原理是用一种特制的膜来过滤海水中的盐。但由于这些薄膜上的小孔极为致密,需要非常大的压力迫使海水通过薄膜,因此,在淡化海水的同时还需要消耗不少的能源。目前科学家研究发现,通过精确控制多孔石墨烯的孔径并向其中添加其他材料的方法,改变石墨烯小孔边缘的性质,使其能够排斥或吸引水分子。这样这种特制的石墨烯就如同筛子一样能快速地滤掉海水中的盐,而只留下水分子。计算机模拟结果显示,这种石墨烯筛子的性能非常优秀,能够快速地完成海水淡化过程。相比之下,在相同的压力下,这一石墨烯新技术在过滤速度上可比反渗透薄膜技术快数百倍,或者它能在同样过滤速度下,节约更多的能源。

海水淡化是一项庞大的工程,需要大量石墨烯来进行筛分水分子,而限制石墨烯在海水淡化领域发展的重要因素是石墨烯制备。目前石墨烯制备的方式很多,例如氧化还原法、气相沉淀法、机械剥离法、溶剂热法,其中不乏一些制备的石墨烯纯度高、杂质少的制备方法,但是这些石墨烯制取方式只适合小规模试验室研究,要实现工业化生产还有很多问题。驰飞超声波将自主研制的超声波纳米制备装置和传统的石墨烯制备方式结合,结果表明加入超声波纳米制备装置后,所有方式合成的石墨烯产量和纯度都提高了。超声波纳米制备装置在反应过程中起到催化剥离的作用,这些化学反应和物理过程的超声强化作用主要是由于液体的超声空化产生的能量效应和机械效应引起的。

可以说,驰飞超声波研发的超声波纳米制备装置的出现给科学家们提供了一个充满魅力和想象空间的研究对象,也许在不久的将来就能够实现石墨烯大规模产业化生产,促使石墨烯在海水淡化领域得到重大应用而改变我们的生活,为人类造福。



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