一種基于褶皺石墨烯片的新式凈水解決方案

發(fā)布:cyqdesign 2021-01-22 15:45 閱讀:1054
布朗大學(xué)的科學(xué)家們,剛剛在《自然通訊》雜志上發(fā)表了一種基于褶皺石墨烯片的新式凈水解決方案。這項(xiàng)技術(shù)利用了堆積的石墨烯片中的微小縫隙來(lái)高效過(guò)濾水中的污染物,并且克服了該研究領(lǐng)域的一個(gè)主要問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)還希望在一系列環(huán)境中證實(shí)這項(xiàng)技術(shù)的有效性。 << YH4}wZ  
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研究配圖 - 1:垂直排列 Zr-GO / 環(huán)氧膜的結(jié)構(gòu)和制造步驟。
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據(jù)悉,石墨烯特指由單層碳原子組成的二維薄片,此前已有諸多研究揭示了它的一系列專有屬性。比如在將石墨烯材料制成薄膜狀之后,即可允許水分子通過(guò)、同時(shí)將雜質(zhì)留在濁液中,以實(shí)現(xiàn)凈水的功效。 ah!RQ2hDrV  
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近年來(lái),科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)想過(guò)石墨烯片的諸多應(yīng)用場(chǎng)景,比如濾除海水中的鹽分、或者清除人口稠密地區(qū)(比如澳大利亞悉尼港)水源中的污染物。 O G7U+d6  
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現(xiàn)在,布朗大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)正在設(shè)法改進(jìn)這類技術(shù),并嘗試用不同的方式來(lái)操縱石墨烯片的堆疊,以獲得更喜人的結(jié)果。 ^Ri ; vM  
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研究配圖 - 2:制造過(guò)程中起皺的 Zr-GO 膜 / VAGME 樣式。
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通過(guò)將這些石墨烯片彼此堆疊,即可在其間產(chǎn)生可用于過(guò)濾的納米級(jí)通道。其中水分子能夠無(wú)障礙地通過(guò),但污染物又可隨機(jī)被濾除。 ^7$Q"  
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有人可能想到,只需將褶皺石墨烯片從水平改成垂直方向,是否即可在重力作用下更輕松高效地完成水過(guò)濾工作?遺憾的是,目前想要在垂直方向上打造納米通道,還是相當(dāng)困難的。 h>|IA@;|f  
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好消息是,研究人員們還是設(shè)法找到了一種解決方案。首先將石墨烯片堆疊在已拉伸的彈性基礎(chǔ)材料上,然后釋放張力,讓石墨烯薄片在基材收縮時(shí)形成峰谷褶皺。 hN;$'%^  
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研究配圖 - 3:納米通道選擇性分子轉(zhuǎn)運(yùn)的測(cè)量。
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最終結(jié)果是,研究團(tuán)隊(duì)順利地讓皺紋形成了幾乎垂直的通道,然后將整套方案用環(huán)氧樹脂包裹起來(lái)、適當(dāng)修剪頂部和底部,以敞開(kāi)通道的兩端。 ITU6Eq  
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測(cè)試表明,水蒸氣可以輕松穿過(guò)垂直通道,而較大的分子(比如乙烷)也會(huì)被成功地濾除。展望未來(lái),研究團(tuán)隊(duì)希望開(kāi)發(fā)新型濾水器,并期待著在家庭和工業(yè)中找到實(shí)際應(yīng)用。 ;@[ax{ J  
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有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情,已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《自然通訊》(Nature Communications)期刊上。原標(biāo)題為《Controlling nanochannel orientation and dimensions in graphene-based nanofluidic membranes》。 %#lJn.o  
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鏈接地址:https://www.nature.com/articles/s41467-020-20837-2
關(guān)鍵詞: 石墨烯
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