含氟納米結構可高速低耗淡化海水

[日期:2022-05-31] 作者:張佳欣 次瀏覽 [字體: ]

科技日報北京5月12日電 (實習記者張佳欣)世界各地面臨日益嚴峻的水資源短缺問題。海水淡化是生產飲用水的一種方法,但往往伴隨著巨大的能源成本。據12日發表在《科學》雜志上的論文,日本研究人員首次使用基于氟的納米結構成功過濾了水中的鹽。與目前主要的海水淡化方法(熱能法和反滲透膜法)相比,氟離子納米通道的工作速度更快,需要的壓力和能量更少,是更有效的過濾器。

用含有聚四氟乙烯涂層的鍋做飯,煮熟的飯就不會粘在鍋上。這是因為聚四氟乙烯的關鍵成分是氟——一種天然憎水或疏水的輕質元素。聚四氟乙烯也可用于管道內襯以改善水流。

東京大學化學與生物技術系副教授伊藤洋敏及其團隊試圖探索由氟制成的管道或通道如何在一個納米尺度上運行,以測試其在選擇性過濾不同化合物方面的效果,特別是水和鹽。

該團隊通過化學合成納米氟環來創建測試濾膜,這些納米氟環堆疊并嵌入到其他不滲透的脂質層中,類似于構成細胞壁的有機分子。他們創造了幾個寬度大約在1到2納米之間的氟環測試樣本,而人類的頭發幾乎有10萬納米寬。為了測試膜的有效性,研究團隊測量了測試膜兩側的氯離子的存在。

“測試中較小的通道完全拒絕了鹽分子的傳入,而較大的通道相對于其他海水淡化技術甚至尖端碳納米管過濾器也有所改進。”伊藤洋敏說,“真正讓我驚訝的是,這個過程發生得非常快,比典型的工業設備快幾千倍,比基于碳納米管的實驗性海水淡化設備快約2400倍。”

氟是電負性的,它排斥負離子,如鹽中的氯。這帶來的好處是分解了本質上松散結合的水分子基團(水簇),因此它們可更快地通過通道。該團隊的氟基水淡化膜更有效、更快、操作需要的能量更少,而且非常易于使用。

研究團隊未來希望改進合成材料的方式,提高膜的壽命并降低運行成本。

 
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