褶皺石墨烯片為高效淨水提供了新思路

布朗大學的科學家們,剛剛在《自然通訊》雜志上發表了一種基於褶皺石墨烯片的新式淨水解決方案。這項技術利用了堆積的石墨烯片中的微小縫隙來高效過濾水中的污染物,並且克服了該研究領域的一個主要問題。在此基礎上,研究團隊還希望在一系列環境中證實這項技術的有效性。

褶皺石墨烯片為高效淨水提供了新思路

研究配圖 – 1:垂直排列 Zr-GO / 環氧膜的結構和製造步驟。

據悉,石墨烯特指由單層碳原子組成的二維薄片,此前已有諸多研究揭示了它的一系列專有屬性。比如在將石墨烯材料製成薄膜狀之後,即可允許水分子通過、同時將雜質留在濁液中,以實現淨水的功效。

近年來,科學家們已經設想過石墨烯片的諸多應用場景,比如濾除海水中的鹽分、或者清除人口稠密地區(比如澳大利亞悉尼港)水源中的污染物。

現在,布朗大學的研究團隊正在設法改進這類技術,並嘗試用不同的方式來操縱石墨烯片的堆疊,以獲得更喜人的結果。

褶皺石墨烯片為高效淨水提供了新思路

研究配圖 – 2:製造過程中起皺的 Zr-GO 膜 / VAGME 樣式。

通過將這些石墨烯片彼此堆疊,即可在其間產生可用於過濾的納米級通道。其中水分子能夠無障礙地通過,但污染物又可隨機被濾除。

有人可能想到,只需將褶皺石墨烯片從水平改成垂直方向,是否即可在重力作用下更輕松高效地完成水過濾工作?遺憾的是,目前想要在垂直方向上打造納米通道,還是相當困難的。

好消息是,研究人員們還是設法找到了一種解決方案。首先將石墨烯片堆疊在已拉伸的彈性基礎材料上,然後釋放張力,讓石墨烯薄片在基材收縮時形成峰谷褶皺。

褶皺石墨烯片為高效淨水提供了新思路

研究配圖 – 3:納米通道選擇性分子轉運的測量。

最終結果是,研究團隊順利地讓皺紋形成了幾乎垂直的通道,然後將整套方案用環氧樹脂包裹起來、適當修剪頂部和底部,以敞開通道的兩端。

測試表明,水蒸氣可以輕松穿過垂直通道,而較大的分子(比如乙烷)也會被成功地濾除。展望未來,研究團隊希望開發新型濾水器,並期待着在家庭和工業中找到實際應用。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《自然通訊》(Nature Communications)期刊上。原標題為《Controlling nanochannel orientation and dimensions in graphene-based nanofluidic membranes》。

來源:cnBeta