分析石墨烯材料海水淡化新突破

王燕平

（泉州理工職業學院，福建 晉江 362269）

了解當前生態環境可知，世界范圍內的淡水資源緊缺一直都是人們關注和研究的重要課題。有專家預計，在2030 年，全球用水需求將增加40%，此時全球將有一半的人口面臨淡水資源緊缺的問題。由此可知，在可持續發展的戰略方針中，海水淡化作為增加淡水資源的研究對象，也是解決21 世紀水資源緊缺問題的最佳選擇。下面對應用石墨烯材料進行海水淡化的工作進行研究與分析。

1 背景介紹

從物理角度分析，淡水就是含鹽量低于0.5g/L 的水，地球上水資源的總量為14 億立方千米，但淡水量只占據了其中的2.53%，且有68.7%還是固體冰川，儲備在難以開發利用的高山、南北極兩地，更有少部分埋藏在地下，開采起來有一定困難。由此可知，地球本身具有豐富的淡水資源，但它們并不是無窮無盡的，且整體分布也不均衡。在這一背景下，受人口數量持續增加、工業發展惡意破壞、灌溉農業的全面擴張等因素的影響，人們對淡水量的需求越來越多，致使發展過程中的水資源出現緊缺、惡化等問題，人類在發展中面臨著嚴峻的挑戰。

2 海水淡化的可行性分析

當前，針對海水淡化的研究主要分為兩種，而在中東等非常缺水的區域得到了推廣：其一，多級閃蒸。這種方法是在一系列的蒸發凝固中降水，并快速加熱形成水蒸氣，而后消除其中的雜質，最終讓干凈的飲用水凝結到一起。其與我們高中化學中的冷凝管作用類似。其二，反滲透法。這種方式是通過引用高壓泵將海水壓入，此時依據反滲透膜消除其中包含的雜質，確保過濾后的水資源可以直接引用。了解實踐案例可知，這兩種方法都存在缺陷，因為它們在收獲水資源的同時也在消耗水資源，并排除了大量廢水，而國家在處理廢水時也需要消耗大量資源，所以選擇上述兩種方法需要消耗大量的成本。但可以明確的是，海水淡化是具備可行性的。

3 基于石墨烯材料進行海水淡化

石墨烯是“碳材料家族”的一員，是由多個碳原子在平面依據六邊形蜂窩狀結構形成一種層狀材料。因為厚度只有一個碳原子的大小，為0.34nm，等同于一根頭發的二十萬分之一，是當前人們發現最薄的材料，也被叫做二維材料。受這一特點的影響，石墨烯展現出了大部分三維材料沒有的奇異性質。單層石墨烯的透光率達到了97.7%，從肉眼觀察幾乎是透明的。同時，石墨烯還具備導熱性，具體性能可以達到金剛石的兩倍以上。

人們通過了解石墨烯展現出的各類優質物理性，對其的應用提出了較高的期望。在近幾年的研究當中，石墨烯凈水技術不只在原理上展現出極強的有效性，而且在實驗探究中收獲了較大的突破。尤其是活性炭作為經常應用的傳統污水處理材料，其中包含大量疏松的孔隙，且有極強的吸附能力，而石墨烯展現出的特殊層狀和孔狀結構，擁有比活性炭高出上百甚至上千倍的吸附能力。以此為基礎，科學家在微觀調節、修飾及整改中，提出了多種類型的石墨烯基吸附材料，其不但可以吸附超出自身質量百倍的污染物，而且能訓練應用，這符合可持續發展戰略方針的要求，有效控制了資源成本支出。換句話說，石墨烯在污水處理和海水淡化中具有極大的應用價值。

麻省理工學院機械工程系副教授Rohit Kaenik 提出，他們在實驗探究中發現，設計堅韌的石墨烯基膜符合脫鹽要求，但要保障濾膜承受高壓流動，以此有效消除海水中的鹽離子。換句話說，只要石墨烯可以在高壓下進行海水淡化，那么它在高鹽度下可以為高效節能的海水淡化提供更多可能性。

4 結 語

綜上所述，雖然石墨烯材料的應用優勢非常多，如造價便宜等，但在應用中還是存在缺陷，若是大規模推廣，很容易讓濾膜出現問題，降低自身的選透性，無法繼續過濾鹽離子，因此在新時代發展背景下，科學家還要結合海水淡化特點和石墨烯材料的各項性能進行持續探究。