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石墨烯膜为海水淡化带来新的低能耗可持续解决方案
2022年02月15日 11:00:07
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：5928
2月10日，哈尔滨工业大学环境学院马军院士团队与阿卜杜拉国王科技大学赖志平教授团队联合攻关，在膜法水处理技术研究领域取得重大突破，其成果日前发表在国际期刊《先进材料》上，该研究设计合成了超高通量多孔石墨烯膜并利用低品质热源实现了高效可持续的海水淡化。
【化工仪器网 项目成果】全球日益严重的水资源短缺和当前海水淡化技术的高碳足迹促使人们寻求一种替代的低成本和可持续的解决方案。膜蒸馏(MD)是一种利用热量驱动蒸汽通过多孔疏水膜，并在渗透液中获得清洁和新鲜的水，而液态水则被表面疏水性阻挡的简单过程，是一项具有重大应用前景的海水淡化技术，同时也是诸多零排放工艺中的关键核心技术。
原则上来说，MD可以100%收获来自受污染或高盐度水域的水，但由于膜的通量较低，即便使用夹层、分层或Janus进行结构优化可以改善通量，迄今为止报告的最佳膜通量仍小于80 LMH，极大地阻碍了MD膜的实际应用，MD膜通量低是限制该技术广泛应用的主要瓶颈。
2月10日，哈尔滨工业大学环境学院马军院士团队与阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)赖志平教授团队报告了一种制备超高通量纳米多孔石墨烯(NG)膜的新工艺，且无需合成后的孔生成和转移过程。该工作设计合成了超高通量多孔石墨烯膜并利用低品质热源实现了高效可持续的海水淡化，在膜法水处理技术研究领域取得重大突破，其成果日前发表在国际期刊《先进材料》上。
所得的NG膜是通过在高度多孔的阳极氧化铝载体的顶部边缘选择性地形成，这为水蒸气创造了短而快速的传输路径，比迄今为止报道的MD膜通量高一个数量级、脱盐率大于99.8%，这种超高通量纳米多孔石墨烯膜显示出在海水淡化中实际应用的巨大潜力。
为了证明NG膜的实际适用性，团队经过一组对比实验，分别使用NG膜与商业PTFE MD膜在相同条件下进行了测试，NG-800膜的水通量为20至100 MH，平均产水量为86.3 LMH，而脱盐率始终高于99.8%，而商业PTFE MD膜的平均水通量仅为4.1 LMH。
这种通过催化热解固体碳源制备超薄NG膜的工艺，使得NG膜在很大程度上能够继承载体的高孔隙率，并且无需底物转移和合成后孔生成，同时固体碳源的使用实现了将膜厚度精确控制到纳米级。这项工作提供了一种有前途的低成本和可持续的海水淡化工艺。
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