世界各地面臨日益嚴(yán)峻的水資源短缺問題。海水淡化是生產(chǎn)飲用水的一種方法，但往往伴隨著巨大的能源成本。據(jù)12日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的論文，日本研究人員首次使用基于氟的納米結(jié)構(gòu)成功過濾了水中的鹽。與目前主要的海水淡化方法(熱能法和反滲透膜法)相比，氟離子納米通道的工作速度更快，需要的壓力和能量更少，是更有效的過濾器。
用含有聚四氟乙烯涂層的鍋?zhàn)鲲垼笫斓娘埦筒粫?huì)粘在鍋上。這是因?yàn)榫鬯姆蚁┑年P(guān)鍵成分是氟——一種天然憎水或疏水的輕質(zhì)元素。聚四氟乙烯也可用于管道內(nèi)襯以改善水流。
東京大學(xué)化學(xué)與生物技術(shù)系副教授伊藤洋敏及其團(tuán)隊(duì)試圖探索由氟制成的管道或通道如何在一個(gè)納米尺度上運(yùn)行，以測試其在選擇性過濾不同化合物方面的效果，特別是水和鹽。
該團(tuán)隊(duì)通過化學(xué)合成納米氟環(huán)來創(chuàng)建測試濾膜，這些納米氟環(huán)堆疊并嵌入到其他不滲透的脂質(zhì)層中，類似于構(gòu)成細(xì)胞壁的有機(jī)分子。他們創(chuàng)造了幾個(gè)寬度大約在1到2納米之間的氟環(huán)測試樣本，而人類的頭發(fā)幾乎有10萬納米寬。為了測試膜的有效性，研究團(tuán)隊(duì)測量了測試膜兩側(cè)的氯離子的存在。
“測試中較小的通道完全拒絕了鹽分子的傳入，而較大的通道相對(duì)于其他海水淡化技術(shù)甚至尖端碳納米管過濾器也有所改進(jìn)。”伊藤洋敏說，“真正讓我驚訝的是，這個(gè)過程發(fā)生得非?？?，比典型的工業(yè)設(shè)備快幾千倍，比基于碳納米管的實(shí)驗(yàn)性海水淡化設(shè)備快約2400倍。”
氟是電負(fù)性的，它排斥負(fù)離子，如鹽中的氯。這帶來的好處是分解了本質(zhì)上松散結(jié)合的水分子基團(tuán)(水簇)，因此它們可更快地通過通道。該團(tuán)隊(duì)的氟基水淡化膜更有效、更快、操作需要的能量更少，而且非常易于使用。
研究團(tuán)隊(duì)未來希望改進(jìn)合成材料的方式，提高膜的壽命并降低運(yùn)行成本。 (實(shí)習(xí)記者 張佳欣)
關(guān)鍵詞： 含氟納米結(jié)構(gòu) 可高速低耗淡化海水 降低運(yùn)行成本 水資源短缺
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