研究人员发明一种更好的海水脱盐方式
2022-11-28 17:13:32来源：cnBeta
阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)领导的一个团队已经表明超薄的聚合物基有序膜如何能够有效地从盐水和海水中去除盐分，为目前的海水淡化系统提供了潜在的替代方案。
领导这项研究的Yu Han说："水淡化膜应该同时表现出高水流量和高盐分排斥。碳纳米材料，如碳纳米管和石墨烯，预计可以满足这些要求，因为它们具有独特的表面化学特性，并倾向于堆积成直径小于一纳米的通道。然而，通道排列和堆叠的挑战阻碍了它们在膜中的大规模使用。"
KAUST的研究人员开发了一种膜(如上图)，在正向和反向渗透配置中具有出色的水淡化性能。
"解决这些限制的一种方法是通过二维多孔碳质膜，它具有规则和均匀分布的亚纳米大小的分子传输通道，"第一作者、Han小组的博士后Jie Shen说。然而，这些膜通常是在溶液中合成的，这促进了无序的三维结构的随机生长，其微孔定义不清。
Yu Han、Vincent Tung、Ingo Pinnau和Lance Li(前KAUST研究员，现在隶属于香港大学)利用化学气相沉积技术，开发了一种有助于控制二维共轭聚合物框架生长为超薄碳膜的技术。
研究科学家Cai Yichen和团队现在正致力于改善该膜的防污性能、机械强度和长期化学稳定性，以备将来实际应用。
研究人员在作为催化剂的有机碱的存在下，将单体三乙炔苯沉积在原子平坦的单晶铜基底上。三乙炔苯带有三个反应性基团，作为额外单体的锚点。这些基团相互之间呈现120度角，产生了有组织的阵列式的明确的环状结构，堆积成亚纳米级的菱形疏水通道。
该膜在正向和反向渗透配置中显示出优异的水淡化性能，超过了含有碳纳米管和石墨烯等先进材料的膜。它还显示了对二价离子以及小型带电和中性分子的强烈排斥。
Shen Jie博士后是该论文的第一作者，该论文发表在《自然材料》上。
研究人员发现，水分子在膜内形成了一个三维网络，而不是像一维链一样沿着垂直三角通道在膜内移动。这解释了水在膜上的快速运输。Han说："这个出乎意料的结果显示，看似不连续的垂直通道实际上是由短的水平通道相互连接的，在预测的结构模型中很容易被忽略。"
该团队现在正致力于改善该膜的防污性能、机械强度和长期化学稳定性，以备将来实际应用。他们还在对其表面电荷特性和通道尺寸进行微调。"我们的最终目标是提供一个多功能的平台，以满足各种应用的需要，如离子筛分、单分子传感和神经接口，"Han说。
