新看点丨石墨烯为海水淡化提供新路径

■黄　静　 李　芮

航行在茫茫大海上，淡水供应的重要性不言而喻。无论是民船还是军舰，淡水的来源只有两种，要么离开陆地时定量装载携行，要么航行途中淡化海水实时补给。

以美海军为例，其舰员的淡水供应标准是每人每天50加仑，约为189升。同时，舰艇上的装备本身淡水消耗量也很大，如蒸汽弹射器每推动一架舰载机起飞，就会消耗1~2吨的淡水。如果舰艇每次远赴大洋都自带充足的淡水，留给武器装备的空间便所剩无几。这也就意味着，掌握低碳、便捷、高效的海水淡化技术至关重要。

目前，海水淡化技术主要包括热法和反渗透膜法两种。相较于热法，反渗透膜法海水淡化技术更加有效。作为实现反渗透技术核心元件的反渗透膜，是一种选择透过性膜，它可以在外界压力驱动下，只允许水分子通过薄膜，而水中的各种诸如钠离子、氯离子、镁离子等无机盐离子和细菌等微生物则无法通过。

不过，传统的反渗透薄膜一般是聚合物膜。这类膜存在选择性差、长时间运行容易发生膜污染的问题，因此，选择渗透性更高、化学稳定性和抗污染性能更强的新型膜材料，一直是海水淡化技术研究的重点方向之一。

石墨烯就是近年来兴起的这样一种新型膜材料，为海水淡化提供了新路径。

作为一种非常薄的二维碳纳米材料，石墨烯的厚度几乎可以忽略不计。同时，它的制备方法相对简单，具有较强的化学稳定性、较好的离子选择性、耐污性、可调的小孔隙尺寸和渗透率。于是，科学家用石墨烯制成能够截留掉海水中的无机盐、只让水分子通过的“筛子”，即石墨烯薄膜。目前，石墨烯海水淡化膜主要分为两类。

氧化石墨烯膜。该类薄膜由诺贝尔物理学奖得主、曼彻斯特大学教授Andre Geim团队研制。作为石墨烯衍生物的氧化石墨烯，它表面上的亲水基团有利于水分子进入膜内部快速流动，得到的淡水产量高，且长时间运行也不容易出现膜污染的问题。

单原子层厚的纳米多孔石墨烯薄膜。据悉，由武汉大学、湖南大学和美国加州大学洛杉矶分校科研人员组成的团队，将碳纳米管和石墨烯纳米筛相结合，制备出兼具较强机械性能和较高渗透效率的石墨烯薄膜，开启了石墨烯在海水淡化中应用的新思路。

石墨烯以其优异的机械性能、化学稳定性以及可调的孔隙尺寸，为海水淡化技术带来了新希望，有助于解决舰艇远洋航行资源补给的难题，应用前景广阔。据估算，到2030年，全球海水淡化膜市场规模将达到70亿美元，其中石墨烯海水淡化膜市场规模将达37亿美元。与此同时，未来的海水淡化技术也将更突出低能源、低污染的特征。