写的氮杂2021年1月25
神户大学膜与膜技术研究中心的MATSUYAMA Hideto教授的研究小组已经成功地开发了一种新的淡化膜。他们通过将二维碳材料(*1)叠层到多孔聚合物膜(*2)表面来实现这一目标。
脱盐（* 3）膜用于生产海水淡水。为了解决全球淡水资源不足的问题，研究人员正在努力开发脱水膜，这些膜不仅比目前使用的水速度渗透，而且还可以高效地除去盐，因此更有效，低能量的海水淡化系统可以是实施的。
在这个研究中,石墨烯氧化物(* 4)nanosheets,这是一种二维纳米材料,后被堆放在多孔膜的表面被给予减少化学治疗(* 5),使海水淡化膜层大约50纳米(纳米)开发1/20000th毫米(纳米)。
开发出来的膜具有进行高效脱盐的潜力，因为它可以控制纳米片之间的间隙和纳米片表面的电荷。希望本研究能对未来海水淡化膜的应用和实施有所贡献。
这些研究结果出版了材料化学学报欧洲杯足球竞彩2020年11月18日。
要点
- 研究人员成功地利用二维纳米片开发了一种新的海水淡化膜。
- 氧化石墨烯纳米片的化学还原处理增强了纳米片之间的π- π堆积(*6)。
- π- π叠加提高了纳米片层压膜的稳定性，并使控制每个纳米片之间的层间间隙成为可能。
- 在纳米片之间引入带电荷基团的卟啉平面分子(*7)和共轭π体系(*8)。这导致了石墨烯氧化物和平面化合物的负电荷之间的静电斥力(*9)，使研究人员能够控制纳米通道内的负离子(*10)运动(*11)。
- 本研究开发的纳米片层压膜对氯化钠(NaCl)的渗透抑制率可达95%。在未来，这些研究成果将有助于创造新的、高性能的膜淡化技术。
研究背景
97.5％的地球上的水是海水，只有2.5％是淡水。在此百分比内，仅仅可以通过人类使用以易于治疗0.01％的淡水资源。然而，人口每年都会继续增加。因此，已经预测，在几年的时间内，世界上三分之二的人口将不足以获得淡水。
全球水资源短缺是人类面临的最严重问题之一。因此，可以通过将地球丰富的海水转化为淡水来获得必要资源的技术是至关重要的。
蒸发法已经被用来将海水转化为淡水，但是他们需要大量的能量来蒸发海水和除去盐(淡化)。
另一方面，膜分离方法提供了一种低能量的替代方法;它们可以通过过滤海水和除去盐分来生产淡水。利用膜从海水中生产淡水的方法已经实施，然而，与脱盐膜发展到目前为止，总是存在渗透速度和脱盐能力之间的权衡。
因此，从新材料开发革命性海水淡化膜是至关重要的，以解决这笔权衡，并使可以以更高的效率脱盐海水。欧洲杯足球竞彩
研究方法
该研究团队通过用碳原子厚度的二维碳材料层压膜来开发出高型脱盐膜。这些2D碳材料是石墨烯氧化物纳米欧洲杯足球竞彩片，其化学还原，得到它们加强π-π相互作用。
通过在多孔膜表面涂上嵌有基于卟啉的平面分子(带有带电基团和共轭π体系)的纳米片涂层，该研究小组能够构建约50nm厚的超薄海水淡化膜层(图1)。
该层展示了高离子阻断功能，因为纳米南墙的尺寸（每个纳米片之间的间隙之间的间隙可以控制在1nm内。此外，纳米晶片层压膜中的纳米槽之间的间隙表现出由于片材之间的堆叠的强π-π而显着的水稳定性，表明它可以长时间利用它。
此外，即使在20巴的压力下，海水淡化功能也没有损失。
研究人员发现，纳米片表面的静电斥力有效抑制了纳米片层压膜内离子的转移(图2)。当适当控制纳米通道的宽度时，这种静电斥力非常有效。
对于本研究中使用的纳米片材料，可以通过控制化学还原过程和卟啉基平面分子的插入比例来限制纳米通道的宽度。
氯化钠是海水离子的主要成分，其渗透膜的难度特别大。然而，在最佳条件下制备的纳米片层压膜能够阻断约95%的NaCl。
进一步发展
本研究通过调节氧化石墨烯片的还原程度和平面分子的插入比例，从而控制纳米片间的层间空间和静电斥力效应，从而制备出二维纳米片层压膜。
除海水淡化膜外，该技术还可应用于各种电解质分离膜的开发。
使用分离膜的低能量海水淡化技术对于减少水资源短缺是必不可少的。希望该技术将有助于解决世界范围内水资源枯竭的问题。
下一步，研究团队将努力进一步改善已开发的膜的高功能性，使其能够实现。
术语表
- 二维碳材料：单层碳原子在二维空间共价结合。特别地，石墨烯是一种单层的碳原子，具有稳定的共价键排列在蜂窝状晶格中。
- 多孔聚合物膜:一种尺寸在几纳米到100纳米之间具有超细孔的膜。
- 海水淡化:处理海水以生产淡水。
- 氧化石墨烯：氧化石墨烯制成的碳材料。石墨烯被氧化时，表面会装饰各种含氧官能团，包括环氧基、羧基、羰基和羟基。
- 化学还原处理：还原剂用还原剂使氧化物还原的过程。在本研究中，L-抗坏血酸和氨被用于还原氧化石墨烯。
- π- π叠加(Pi-Pi叠加):有机化合物中发生在芳香环之间的相互作用。
- 平面化合物：具有二维(平面)结构的化合物。
- 共轭π（PI）系统：指由双键形成的π电子不局限于分子的某一部分而广泛分布的一种分子结构的通称。当一个双键连着一个单键时就会发生这种情况。
- 静电排斥:围绕着匹配电子的离子和离子官能团之间的斥力迫使离子和离子官能团分开。
- 阴离子：一种获得额外的电子或电子的离子，使其带来负荷。
- 纳米通道:一个有纳米大小的缝隙的通道。
来源：https://www.kobe-u.ac.jp/en/index.html.