石墨烯脫鹽技術有望改變世界

北京時間6月8日消息，據國外媒體報道，相對于傳統淡化海水的做法，石墨烯脫鹽技術具有成本低和產量大的優點。這種技術一旦成功應用到工業中，就有可能改變整個世界。

    碳的同素異形體——相同元素構成的不同形態的物體——具有各種不同的實際用途。鉆石（金剛石），眾所周知，是女孩們的最愛。石墨可制作上好的鉛筆芯。而以美國建筑師命名的碳原子成球狀排列的巴克敏斯•特富勒烯，盡管被譽為“神奇的新材料”，但是它實際上被證明基本無用。

    而石墨烯——石墨的單原子層，看起來就像是用碳原子做成的鐵絲網——則可能很有用。在室溫下，它是最棒的導熱體。它還能用于制作感光器，將光轉化成電。現在有兩組工程師，一組效力于美國航空航天公司洛克希德•馬丁，另一組服務于麻省理工學院，他們正嘗試用石墨烯來淡化海水。這可能會改變整個世界。

    脫鹽加工廠通常采用一種名為“反滲透”的方法來淡化海水。在這個過程中，海水被倒入一種聚合物膜的一側。聚合物分子是長長的、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，但卻無法讓構成鹽的鈉離子和氯離子通過。由于這些離子帶有電荷，它們會吸附到水分子上，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，但卻無法讓離子通過。

    用石墨烯做成的膜具有類似的工作原理，只不過其中的孔隙是人們打出來的，而不是自然形成的。這樣有幾點好處。其一，這些孔隙的大小可以進行優化設計。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，但仍能阻止水合氯離子。由于氯離子帶負電，它們會吸引帶正電的鈉離子，從而自然而然地阻止了鈉離子通過孔隙。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的速度。

    洛克希•德馬丁的項目工程師約翰-斯特森（John Stetson）說，這樣一來，淡化海水所需要的壓力就比聚合物脫鹽系統少得多。石墨烯脫鹽系統中的海水將只需要大約28巴（400磅/平方英寸）的壓強，僅為傳統脫鹽加工廠的三分之一到二分之一。斯特森估計，石墨烯脫鹽加工廠的運營成本應該比傳統加工廠便宜15-20%，因為它們需要的壓力較低，需要的能源也就相對較少。而且，它們的產量要大得多。

    麻省理工學院的項目工程師杰弗雷-格羅斯曼（Jeffrey Grossman）稱，工程方面的問題仍然是一個非常棘手的問題。在工業上，精確而低成本的批量打孔實施起來很困難。某些化學物質或電子束有可能做到。麻省理工學院的另一位工程師大衛-科恩-達努奇（David Cohen-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出像鉆石那樣的魅力，但它仍可能成為全世界最好的朋友。