新研究發現，氧化石墨烯在實驗室中能夠有效過濾水中97%的氯化鈉，它會成為解決淡水危機的靈丹妙藥嗎？

據聯合國估計，到2025年，將有18億人生活在絕對缺水的地區，同時約三分之二的人口將面臨用水緊張[1]。嚴格說來，我們的藍色星球并不缺“水”——地表超過七成面積被海洋覆蓋。人們守著這個巨大“寶庫”，卻無力掘出寶藏。

因此，不少發達國家開始投資發展海水淡化技術。利用膜材料進行選擇性分離是淡化的常用方法之一，典型的材料包括聚合物分離膜等。但目前的技術條件幾乎都存在問題，要么耗能巨大，要么對環境有負面影響等等[2]。

實驗中的新材料

在實驗室中，科學家探索著新型材料石墨烯家族在這一領域的應用可能。一種石墨烯衍生物也吸引了研究者的目光——氧化石墨烯（graphene oxide，也稱石墨烯氧化物）。氧化石墨烯的制備過程較為簡單，具有較大的應用可能。

之前，氧化石墨烯已經被證實能夠過濾一些納米顆粒及有機分子，但對尺寸更小的鹽卻束手無策。氯化鈉在水中溶解后，離子會被水分子簇擁，周圍形成一層“水膜”，即水合層。問題是，氧化石墨烯長時間浸泡在水中后會變形擴張，因此很難進行有效的分離。

氧化石墨烯膜系統機制示意圖。紅灰相間的代表水分子，而綠色與藍色圓點代表離子。左圖是浸泡變形的氧化石墨烯膜系統，層間距變大而無法有效進行有效分離。右圖是新研究中處理后的膜系統。

最近，英國的一組科學家解決了這個棘手的問題。他們利用環氧樹脂在氧化石墨烯側面“筑墻加固”，不僅有效地阻止了變形，還能更精確地調控氧化石墨烯層間的間距[3]。

“當這個‘毛細管’尺寸十分接近水分子，大約1納米時，水分子就會像一列火車一樣有序地排列通過通道。”研究者拉胡爾·耐爾（Rahul Nair）在接受BBC采訪時介紹[4]。

從實驗室到流水線

目前，這種方法能夠有效過濾97%的氯化鈉。盡管看起來前景光明，但它暫時仍僅僅局限于實驗室。要知道，許多研究中的“潛力股”都敗在了邁向工業生產的環節。先前也有研究嘗試將石墨烯作為淡化膜，但因石墨烯制備難度大、成本高而止步不前。

雖然氧化石墨烯確實相對容易制備，可實現低成本的工業規模生產還有很長的路要走。

此外，應用層面的諸多問題仍有待解決。比如這種材料是否經得起長期的海水浸泡的考驗，以及如何在使用過程中清理污垢，或定期更換過濾材料。材料學家拉姆·德文納森（Ram Devanathan）認為，可以考慮在材料中加入一些納米顆粒或者親水基，或許能提高膜系統的性能[2]。

接下來，科學家們計劃把這種新材料和現有材料作比較，挖掘這種新材料的更多潛力[3]。最終的目標是希望開發出一種低能耗高效的過濾膜系統[2]。

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