超硬材料網(wǎng)

　　近日，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，相對(duì)于傳統(tǒng)淡化海水的做法，石墨烯脫鹽技術(shù)具有成本低和產(chǎn)量大的優(yōu)點(diǎn)。這種技術(shù)一旦成功應(yīng)用到工業(yè)中，就有可能改變整個(gè)世界。

       碳的同素異形體——相同元素構(gòu)成的不同形態(tài)的物體——具有各種不同的實(shí)際用途。鉆石（金剛石），眾所周知，是女孩們的最愛(ài)。石墨可制作上好的鉛筆芯。而以美國(guó)建筑師命名的碳原子成球狀排列的巴克敏斯•特富勒烯，盡管被譽(yù)為“神奇的新材料”，但是它實(shí)際上被證明基本無(wú)用。而石墨烯——石墨的單原子層，看起來(lái)就像是用碳原子做成的鐵絲網(wǎng)——則可能很有用。在室溫下，它是最棒的導(dǎo)熱體。它還能用于制作感光器，將光轉(zhuǎn)化成電。現(xiàn)在有兩組工程師，一組效力于美國(guó)航空航天公司洛克希德•馬丁，另一組服務(wù)于麻省理工學(xué)院，他們正嘗試用石墨烯來(lái)淡化海水。這可能會(huì)改變整個(gè)世界。

       脫鹽加工廠通常采用一種名為“反滲透”的方法來(lái)淡化海水。在這個(gè)過(guò)程中，海水被倒入一種聚合物膜的一側(cè)。聚合物分子是長(zhǎng)長(zhǎng)的、像蛇一樣的東西，它們相互纏繞在一起，留下的孔隙足以讓水分子通過(guò)，但卻無(wú)法讓構(gòu)成鹽的鈉離子和氯離子通過(guò)。由于這些離子帶有電荷，它們會(huì)吸附到水分子上，從而增加了它們的有效直徑。商用反滲透膜的孔隙直徑僅為半納米（一納米等于十億分之一米）。這些孔隙可讓水分子通過(guò)，但卻無(wú)法讓離子通過(guò)。

       用石墨烯做成的膜具有類似的工作原理，只不過(guò)其中的孔隙是人們打出來(lái)的，而不是自然形成的。這樣有幾點(diǎn)好處。其一，這些孔隙的大小可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。它們的直徑一般為1.2納米，比聚合物膜更易讓水分子通過(guò)，但仍能阻止水合氯離子。由于氯離子帶負(fù)電，它們會(huì)吸引帶正電的鈉離子，從而自然而然地阻止了鈉離子通過(guò)孔隙。其二，這些孔隙大小完全一致，不存在大得可讓鈉離子和氯離子通過(guò)的孔隙。其三，這樣打出的孔隙是筆直的，而不像聚合膜那樣是彎曲的通道。這可以加速水分子通過(guò)的速度。

       洛克希•德馬丁的項(xiàng)目工程師約翰-斯特森（John Stetson）說(shuō)，這樣一來(lái)，淡化海水所需要的壓力就比聚合物脫鹽系統(tǒng)少得多。石墨烯脫鹽系統(tǒng)中的海水將只需要大約28巴（400磅/平方英寸）的壓強(qiáng)，僅為傳統(tǒng)脫鹽加工廠的三分之一到二分之一。斯特森估計(jì)，石墨烯脫鹽加工廠的運(yùn)營(yíng)成本應(yīng)該比傳統(tǒng)加工廠便宜15-20%，因?yàn)樗鼈冃枰膲毫^低，需要的能源也就相對(duì)較少。而且，它們的產(chǎn)量要大得多。

       麻省理工學(xué)院的項(xiàng)目工程師杰弗雷-格羅斯曼（Jeffrey Grossman）稱，工程方面的問(wèn)題仍然是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。在工業(yè)上，精確而低成本的批量打孔實(shí)施起來(lái)很困難。某些化學(xué)物質(zhì)或電子束有可能做到。麻省理工學(xué)院的另一位工程師大衛(wèi)-科恩-達(dá)努奇（DavidCohen-Tanugi）則稱，石墨烯脫鹽的好處還有待觀察。石墨烯或許不能散發(fā)出像鉆石那樣的魅力，但它仍可能成為全世界最好的朋友。