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石墨烯膜為海水淡化帶來新的低能耗可持續(xù)解決方案
2022年02月15日 11:00:07
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：5917
2月10日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院馬軍院士團(tuán)隊與阿卜杜拉國王科技大學(xué)賴志平教授團(tuán)隊聯(lián)合攻關(guān)，在膜法水處理技術(shù)研究領(lǐng)域取得重大突破，其成果日前發(fā)表在國際期刊《先進(jìn)材料》上，該研究設(shè)計合成了超高通量多孔石墨烯膜并利用低品質(zhì)熱源實(shí)現(xiàn)了高效可持續(xù)的海水淡化。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】全球日益嚴(yán)重的水資源短缺和當(dāng)前海水淡化技術(shù)的高碳足跡促使人們尋求一種替代的低成本和可持續(xù)的解決方案。膜蒸餾(MD)是一種利用熱量驅(qū)動蒸汽通過多孔疏水膜，并在滲透液中獲得清潔和新鮮的水，而液態(tài)水則被表面疏水性阻擋的簡單過程，是一項具有重大應(yīng)用前景的海水淡化技術(shù)，同時也是諸多零排放工藝中的關(guān)鍵核心技術(shù)。
原則上來說，MD可以100%收獲來自受污染或高鹽度水域的水，但由于膜的通量較低，即便使用夾層、分層或Janus進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以改善通量，迄今為止報告的最佳膜通量仍小于80 LMH，極大地阻礙了MD膜的實(shí)際應(yīng)用，MD膜通量低是限制該技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要瓶頸。
2月10日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院馬軍院士團(tuán)隊與阿卜杜拉國王科技大學(xué)(KAUST)賴志平教授團(tuán)隊報告了一種制備超高通量納米多孔石墨烯(NG)膜的新工藝，且無需合成后的孔生成和轉(zhuǎn)移過程。該工作設(shè)計合成了超高通量多孔石墨烯膜并利用低品質(zhì)熱源實(shí)現(xiàn)了高效可持續(xù)的海水淡化，在膜法水處理技術(shù)研究領(lǐng)域取得重大突破，其成果日前發(fā)表在國際期刊《先進(jìn)材料》上。
所得的NG膜是通過在高度多孔的陽極氧化鋁載體的頂部邊緣選擇性地形成，這為水蒸氣創(chuàng)造了短而快速的傳輸路徑，比迄今為止報道的MD膜通量高一個數(shù)量級、脫鹽率大于99.8%，這種超高通量納米多孔石墨烯膜顯示出在海水淡化中實(shí)際應(yīng)用的巨大潛力。
為了證明NG膜的實(shí)際適用性，團(tuán)隊經(jīng)過一組對比實(shí)驗(yàn)，分別使用NG膜與商業(yè)PTFE MD膜在相同條件下進(jìn)行了測試，NG-800膜的水通量為20至100 MH，平均產(chǎn)水量為86.3 LMH，而脫鹽率始終高于99.8%，而商業(yè)PTFE MD膜的平均水通量僅為4.1 LMH。
這種通過催化熱解固體碳源制備超薄NG膜的工藝，使得NG膜在很大程度上能夠繼承載體的高孔隙率，并且無需底物轉(zhuǎn)移和合成后孔生成，同時固體碳源的使用實(shí)現(xiàn)了將膜厚度精確控制到納米級。這項工作提供了一種有前途的低成本和可持續(xù)的海水淡化工藝。
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