褶皱石墨烯片为高效净水提供了新思路

布朗大学的科学家们,刚刚在《自然通讯》杂志上发表了一种基于褶皱石墨烯片的新式净水解决方案。这项技术利用了堆积的石墨烯片中的微小缝隙来高效过滤水中的污染物,并且克服了该研究领域的一个主要问题。在此基础上,研究团队还希望在一系列环境中证实这项技术的有效性。

研究配图-1:垂直排列Zr-GO/环氧膜的结构和制造步骤。


研究配图-1:垂直排列Zr-GO/环氧膜的结构和制造步骤。


据悉,石墨烯特指由单层碳原子组成的二维薄片,此前已有诸多研究揭示了它的一系列专有属性。比如在将石墨烯材料制成薄膜状之后,即可允许水分子通过、同时将杂质留在浊液中,以实现净水的功效。


近年来,科学家们已经设想过石墨烯片的诸多应用场景,比如滤除海水中的盐分、或者清除人口稠密地区(比如澳大利亚悉尼港)水源中的污染物。


现在,布朗大学的研究团队正在设法改进这类技术,并尝试用不同的方式来操纵石墨烯片的堆叠,以获得更喜人的结果。


研究配图-2:制造过程中起皱的Zr-GO膜/VAGME样式。


研究配图-2:制造过程中起皱的Zr-GO膜/VAGME样式。


通过将这些石墨烯片彼此堆叠,即可在其间产生可用于过滤的纳米级通道。其中水分子能够无障碍地通过,但污染物又可随机被滤除。


有人可能想到,只需将褶皱石墨烯片从水平改成垂直方向,是否即可在重力作用下更轻松高效地完成水过滤工作?遗憾的是,目前想要在垂直方向上打造纳米通道,还是相当困难的。


好消息是,研究人员们还是设法找到了一种解决方案。首先将石墨烯片堆叠在已拉伸的弹性基础材料上,然后释放张力,让石墨烯薄片在基材收缩时形成峰谷褶皱。


研究配图-3:纳米通道选择性分子转运的测量。


研究配图-3:纳米通道选择性分子转运的测量。


最终结果是,研究团队顺利地让皱纹形成了几乎垂直的通道,然后将整套方案用环氧树脂包裹起来、适当修剪顶部和底部,以敞开通道的两端。


测试表明,水蒸气可以轻松穿过垂直通道,而较大的分子(比如乙烷)也会被成功地滤除。展望未来,研究团队希望开发新型滤水器,并期待着在家庭和工业中找到实际应用。


有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《自然通讯》(NatureCommunications)期刊上。原标题为《Controllingnanochannelorientationanddimensionsingraphene-basednanofluidicmembranes》。褶皱石墨烯片为高效净水提供了新思路插图3

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