石墨烯脱盐技术或改变整个世界
[来源]:网络  [作者]:不详   [时间]:2014年8月17日  

碳的同素异形体——相同元素构成的不同形态的物体——具有各种不同的实际用途。钻石(金刚石),众所周知,是女孩们的最爱。石墨可制作上好的铅笔芯。而以美国建筑师命名的碳原子成球状排列的巴克敏斯·特富勒烯,尽管被誉为“神奇的新材料”,但是它实际上被证明基本无用。

而石墨烯——石墨的单原子层,看起来就像是用碳原子做成的铁丝网——则可能很有用。在室温下,它是最棒的导热体。它还能用于制作感光器,将光转化成电。现在有两组工程师,一组效力于美国航空航天公司洛克希德·马丁,另一组服务于麻省理工学院,他们正尝试用石墨烯来淡化海水。这可能会改变整个世界。

脱盐加工厂通常采用一种名为“反渗透”的方法来淡化海水。在这个过程中,海水被倒入一种聚合物膜的一侧。聚合物分子是长长的、像蛇一样的东西,它们相互缠绕在一起,留下的孔隙足以让水分子通过,但却无法让构成盐的钠离子和氯离子通过。由于这些离子带有电荷,它们会吸附到水分子上,从而增加了它们的有效直径。商用反渗透膜的孔隙直径仅为半纳米(一纳米等于十亿分之一米)。这些孔隙可让水分子通过,但却无法让离子通过。

用石墨烯做成的膜具有类似的工作原理,只不过其中的孔隙是人们打出来的,而不是自然形成的。这样有几点好处。其一,这些孔隙的大小可以进行优化设计。它们的直径一般为1.2纳米,比聚合物膜更易让水分子通过,但仍能阻止水合氯离子。由于氯离子带负电,它们会吸引带正电的钠离子,从而自然而然地阻止了钠离子通过孔隙。其二,这些孔隙大小完全一致,不存在大得可让钠离子和氯离子通过的孔隙。其三,这样打出的孔隙是笔直的,而不像聚合膜那样是弯曲的通道。这可以加速水分子通过的速度。

洛克希·德马丁的项目工程师约翰-斯特森(John Stetson)说,这样一来,淡化海水所需要的压力就比聚合物脱盐系统少得多。石墨烯脱盐系统中的海水将只需要大约28巴(400磅/平方英寸)的压强,仅为传统脱盐加工厂的三分之一到二分之一。斯特森估计,石墨烯脱盐加工厂的运营成本应该比传统加工厂便宜15-20%,因为它们需要的压力较低,需要的能源也就相对较少。而且,它们的产量要大得多。

麻省理工学院的项目工程师杰弗雷-格罗斯曼(Jeffrey Grossman)称,工程方面的问题仍然是一个非常棘手的问题。在工业上,精确而低成本的批量打孔实施起来很困难。某些化学物质或电子束有可能做到。麻省理工学院的另一位工程师大卫-科恩-达努奇(David Cohen-Tanugi)则称,石墨烯脱盐的好处还有待观察。石墨烯或许不能散发出像钻石那样的魅力,但它仍可能成为全世界最好的朋友。(腾讯)