随着海水淡化技术的不断发展，“海水可以变成饮用水”已经不是什么新鲜事。目前，这种技术在极度缺乏降水的中东地区已较为成熟，比如阿联酋的杰贝勒阿里海水淡化厂每年可生产约 3 亿立方米的淡水。

    不过，目前常用的海水淡化技术——过滤法和热蒸馏法，要不需要施加高压，以实现反渗透、脱去盐分；或者要消耗大量的燃料及时间，将海水中的纯水蒸馏出来…… 针对这些技术耗能高、耗时长等痛点，最近一支由曼彻斯顿大学、中国科学技术大学组成的科学家团队研发出一种 能快速筛选离子的过滤膜——改性氧化石墨烯薄膜 ，未来或许有望制造出一款能在几分钟内将海水淡化为饮用水的过滤装置。

海水淡化中使用的反渗透膜

    “新材料之王”石墨烯再添新技能——把海水变成饮用水海水淡化中使用的反渗透膜在早前，科学家们发现以重量最轻、强度最高、导电导热性能最强而著称的石墨烯被氧化后，能够展示出较强的气体分离及水处理能力。研究人员表示，氧化石墨烯薄膜虽然疏水，但浸泡于水后会出现大量约 0.9 纳米宽的毛细通道，从而形成一种“精密的离子筛选膜”。另外为了控制毛细微孔的大小、防止薄膜在水中过度膨胀而降低筛选效果，科学家们还在薄膜两边涂覆了两层由环氧树脂组成的“阻隔墙”。

环氧树脂改性氧化石墨烯薄膜

    “新材料之王”石墨烯再添新技能——把海水变成饮用水环氧树脂改性氧化石墨烯薄膜团队主要负责人 Rahul Nair 解释道，当盐溶于水时，电离出的钠离子和氯离子会被水分子包围，在它们表明面形成一个“壳”。而这种结构的直径远大于环氧树脂改性薄膜上毛细空洞的尺寸，因此 这种薄膜能够表现出良好的“脱盐效果”（海水淡化的关键）。

    另外，中国科大工程科学学院吴恒教授的计算机模型研究表明，这种薄膜在水中会出现一种名为“离子海绵”的现象——石墨烯与离子相互作用，使得大量离子聚集在纳米通道附近，加快了过滤速度。据团队介绍，改性氧化石墨烯薄膜的扩散速度是传统浓度扩散的上千倍。也就是说， 无需施加外压，这种筛选薄膜亦能展现出较高的离子筛选效率 。

食盐电离过程（白色为水分子、红色为钠离子、蓝色为氯离子）

    “新材料之王”石墨烯再添新技能——把海水变成饮用水食盐电离过程（白色为水分子、红色为钠离子、蓝色为氯离子）西北太平洋国家实验室的 Ram Devanathan 评论道，单层石墨烯的造价很贵，但氧化石墨烯则便宜很多。这意味着，这种过滤膜或许能实现量产，未来还有可能建造出能耗小、价格低廉、操作简单的海水淡化装置，或污水净化系统，从而帮助一些无法负担起大型海水淡化厂运作的缺水国家解决水资源极度匮乏这一难题。

    现阶段，这支研究团队正检测改性薄膜的耐用性，以确定其使用期限。此外，他们还找到了一些改变改性氧化石墨烯薄膜毛细通道尺寸的方法（如机械压缩），接下来或许还能设计出不同用途的高效离子筛选薄膜。

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责任编辑：殷鹏飞

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