二硫化鉬薄膜可大幅提高海水淡化效率

文/房琳琳

美國(guó)伊利諾伊州立大學(xué)研究人員在《自然·通訊》雜志上發(fā)表論文稱，他們發(fā)現(xiàn)二硫化鉬高能材料可更高效地去除海水中的鹽分，通過計(jì)算機(jī)模擬各種薄膜的海水淡化效率并進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，二硫化鉬薄膜的效率最高，比石墨烯膜還要高出70%。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，這種材料只有一個(gè)納米厚，布滿了納米孔，能夠滲漏大量的海水，留下鹽分和其他成分，達(dá)到淡化海水的目的。尋找高效的海水淡化材料一直是個(gè)重要問題，該研究論文第一作者、伊利諾伊州立大學(xué)貝克曼先進(jìn)科技研究院的機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)教授那拉亞娜·阿魯魯說：“這項(xiàng)研究為下一代材料的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。”

目前，最先進(jìn)的海水淡化技術(shù)依賴于一種反滲透過程，通過一層薄的塑料膜擠壓過濾海水以獲取淡水。這種膜的孔洞要大小適中，即要能阻隔鹽和其他臟東西，又可以讓水分子通過。反滲透法擅長(zhǎng)過濾鹽，但淡水產(chǎn)量一直受限。因?yàn)楸M管它薄如眼膜，但相對(duì)于過濾分子級(jí)別的物質(zhì)仍然顯得過厚，所以需要很大的壓力才能將水推壓過去，這需要很大的能量，成本非常高。

一個(gè)大規(guī)模提高透水率的方法是讓膜再薄一些。研究人員找到了納米厚度的石墨烯膜，但石墨烯會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)，給產(chǎn)業(yè)化帶來很大挑戰(zhàn)。

阿魯魯?shù)膱F(tuán)隊(duì)將二硫化鉬納米孔作為DNA 測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行了研究后，決定探索其在海水淡化中的作用。他們利用該校國(guó)家超算應(yīng)用中心的藍(lán)色水域超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，結(jié)果單層二硫化鉬膜在厚度、孔隙幾何及化學(xué)屬性等綜合性能排名中脫穎而出。

總的說來，獨(dú)特的原子組成結(jié)構(gòu)讓二硫化鉬膜的透水性大大提升，其單層膜的厚度能極大地減少推壓水的能量，進(jìn)而大幅降低運(yùn)營(yíng)成本。

研究人員目前正在測(cè)試這種材料在海水凈化方面的其他性能，比如對(duì)于塑料膜而言常發(fā)生的污垢堵塞孔洞等問題。二硫化鉬雖然是一種新材料，但研究人員相信，制造工藝改造后，其高性能帶來的應(yīng)用會(huì)很廣泛。