對飲用水以及灌溉用水不斷增長的需求，是本世紀(jì)最重大的挑戰(zhàn)之一。海水脫鹽是解決這一困擾的有效辦法，并已經(jīng)在少數(shù)國家開始實(shí)施。然而，海水脫鹽技術(shù)目前并不成熟，效率低下，能耗偏高，不可持續(xù)。

圖1. 迪拜脫鹽裝置

有鑒于此，Nature Nanotechnology從不同方面，就碳納米孔膜如何構(gòu)建更高效、更實(shí)用的脫鹽裝置進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。

1.CNT/聚合物復(fù)合薄膜

焦耳熱確保CNT/聚合物復(fù)合薄膜可在高濃度離子環(huán)境中穩(wěn)定工作，持續(xù)蒸餾脫鹽。

圖2.碳納米管/聚合物復(fù)合膜持續(xù)脫鹽原理

AlexanderV. Dudchenko, David Jassby et al. Nature Nanotechnology 2017, 12, 557–563. Frequency-dependentstability of CNT Joule heaters in ionizable media and desalination processes.

2.石墨烯氧化物膜脫鹽

根據(jù)尺寸選擇效應(yīng)，膨脹的氧化石墨烯膜中，水分子和離子都可以通過；然而，在壓縮的氧化石墨烯膜中，水分子可以通過，離子不能通過。

圖3. 氧化石墨烯膜中水分子和離子傳遞示意圖

JijoAbraham, Rahul R. Nair et al. Tunable sieving of ions using graphene oxidemembranes. Nature Nanotechnology 2017, 12, 546–550.

3.長程有序石墨烯納米片膜

通過冷凍澆注、冷凍干燥和熱退火工藝，得到碳纖維鏈接的長程有序的石墨烯納米片，據(jù)此構(gòu)建蒸汽納米發(fā)電機(jī)，具有優(yōu)異的水蒸發(fā)脫鹽效果。

圖4. 基于石墨烯的蒸汽納米發(fā)電機(jī)

PanpanZhang, Liangti Qu et al. Vertically Aligned Graphene Sheets Membrane for HighlyEfficient Solar Thermal Generation of Clean Water. ACS Nano, 2017, 11,5087–5093.

4.各種原子級超薄納米孔薄膜

石墨烯以及其他二維材料在納米尺度提供了新的質(zhì)量傳遞路徑。這些材料具有納米尺度的孔道結(jié)構(gòu)，高力學(xué)性能和化學(xué)修飾可控性，為膜分離領(lǐng)域帶來了新氣象。

圖5. 原子級超薄納米多孔膜的特征參數(shù)

LudaWang, Rohit Karnik et al. Fundamental transport mechanisms, fabrication andpotential applications of nanoporous atomically thin membranes. NatureNanotechnology 2017, 12, 509–522 .

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