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石墨烯之父:氧化石墨烯薄膜用于淡化海水已具备商业化条件

2017-09-28    发布:

   “把氧化石墨烯的薄膜应用到海水淡化当中,我认为这是一个可以实现商业化的例子。在未来海水淡化中,由于使用了氧化石墨烯,我认为它的成本将会越来越低,所以这将会是一个非常好的商业化的例子。”石墨烯之父、2010年诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆(Andre Geim)表示。

    海姆是英国曼彻斯特大学科学家,被称为是“石墨烯之父”。2004年,海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)成功地从石墨中分离出石墨烯,证实石墨烯可单独存在。两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

    石墨烯因具有优良的光、电、力学等性能,石墨烯被称为“新材料之王”、“超级材料”等。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物,其能够在实验室通过简单的氧化生产出来。考虑到氧化石墨烯的灵活性和成本,氧化石墨烯比单层石墨烯更具有潜在优势。

    海姆在大会上表示,氧化石墨烯氧化物分层取得进展后,现在可得到100纳米的厚度,形成石墨烯氧化膜。

    海姆称,实验表明,不管是哪一种海水,经过氧化石墨烯薄膜时,水流速度都非常快,且可以非常精确地把盐份都过滤出来。氧化石墨烯薄膜应用在海水淡化中时,只要进行一定的加压,过滤出来的海水甚至可以直接饮用。“如在水流速度保持0.5升/平方米的情况下,薄膜对于氯化钠的过滤度高达97%,这是一个非常令人满意的实验结果。”

    事实上,这也是海姆团队的最近的研究成果,该研究成果已于今年4月发表在国际学术杂志《Nature Nanotechnology》上。海姆研究团队找到了一种方法能够精确控制氧化石墨烯薄膜的孔径大小,这能够有效地阻挡不需要的离子。实验证实,用他们的方法能够使氧化石墨烯薄膜对氯化钠的离子的过滤率高达97%,这意味着该膜系统能够很好地进行过滤常见的盐离子。

    海姆称,相较于目前海水淡化的工艺来说,氧化石墨烯薄膜的应用成本大大降低。“氧化石墨烯薄膜的应用,我认为已经是准备好实现商业化了。”

    海姆还表示,“我们可以设想一下,未来我们能不能生产出可携带、易携带的淡化海水的设备呢?比如说我们把海水放到设备里面,拿到这个小的设备来进行过滤,变成一个饮用水,这是一个非常好的发展方向,也许未来我们可以制备出这种便携式的海水淡化设备。”

    对于石墨烯有可能在哪个领域商业化应用,海姆提到了核工业领域。

海姆称,“这个行业是数十亿美金的产业”。氚是在核反应堆中的一个重要的污染因素,目前还找不到去除氚这种污染源的有效方法,对核工业造成很大的困扰。

    对于氢核聚变而言,氢的同位素——氘(又称重氢)是用作热核反应的重要能源,在分析和化学追踪技术中也被广泛使用。氘的氧化物即重水,在铀核裂变中可做为减速剂,由此在核电站运行中需要成千上万吨重水。氚是氢最重的同位素,其原子含有1个质子和两个中子,具有放射性,在核裂变工厂作为发电副产品须被安全去除。

    海姆的研究团队发现,采用石墨烯制膜滤出不同的氢同位素——氘和氚,大大简化重水的生产过程,并有助于清理核废料,有望制备节能、高效和价廉的理想过滤器。该团队曾测试了氘的原子核,可以通过石墨烯及其姊妹材料氮化硼的膜。

    该团队还发现,氘不仅能够被一个原子厚的膜有效筛选分离,而且这一过程效率很高。这一发现使得单层石墨烯和氮化硼作为分离膜,对氘和氚混合物进行分离具有应用价值。该研究成果已于2016年初在国际期刊Science杂志上发表。

    海姆在大会上称,目前通过CVD(化学气相淀积)方法制备的石墨烯质量不错,但还是存在一些瑕疵。针对目前多种多样的“石墨烯”产品,海姆也强调称,“还有一点,我们需要记得的就是,我们不可能用石墨烯解决所有的问题。”


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