用石墨烯膜脱盐

在最近发表在《杂志》上的文章中淡化，研究人员讨论了基于石墨烯的机织滤膜的开发，其强度和水的脱盐效率具有特殊的强度和效率。

学习：基于石墨烯的机织滤膜，具有出色的强度和效率来脱盐。图片来源：Jose Manuel Macias/Shutterstock.com

背景

随着对淡水的需求不断增长，近年来盐水脱盐已成为一种获得的重要方法。反渗透（RO）目前是最广泛使用的方法，其成本最低。另一方面，RO工艺核心的滤膜仍然由40年前的薄膜复合材料（TFC）膜制成。结果，在该研究领域的长期目标是提高海水脱盐效率的长期目标。

膜缩放，结垢和恶化是这些膜最常见的严重局限性。在实验方面，结合纳米颗粒的薄膜纳米复合材料（TFNC）膜在海水淡化扇区中具有很大的可能性。yabo214

由于纳米多孔石墨烯（NPG）的渗透性比当前可用的RO膜材料高得多，因此人们对利用石墨烯和氧化石墨烯产生过滤膜引起了很多兴趣。亚博网站下载另一方面，NPG的孔隙率大大降低了机械品质和脱盐效率。研究人员最近使用仿真计算来复制编织石墨烯和碳纳米管的编织方法，并将其构成新材料，由于其强度，韧性和迁移率，它们在航空航天区被视为良好的候选材料。亚博网站下载

关于研究

在这项研究中，作者讨论了将石墨烯条编织到过滤膜（GWFM）中，这可以显着改善机械性能。分子动力学（MD）模拟用于计算GWFM的流速，水通量，机械性能和盐排斥。GWFMS分为两种纳米尺寸：0.8 nm和0.6 nm。

该团队使用MD仿真来评估基于石墨烯的机织滤膜的脱盐潜力。首先筛选GWFM的适当纳米孔尺寸，然后彻底检查其水通量，水流参数，机械性能和脱盐性能。

研究人员使用编织密度来控制GWFM中纳米孔的大小。计算了GWFM在不同压力下的机械性能和水通量，并使用MD模拟对CL的自由能屏障进行了广泛的检查^-，na⁺，h₂o还评估了通过GWFM的通过，以分析GWFMS盐排斥的性能。

观察

GWFM-0.8 nm和GWFM-0.6 nm的最终应力分别为42.29 GPA和47.87 GPA，最终菌株27.07％和28.46％。GWFM的断裂强度约为66.9 MPa，其逆渗透（RO）膜的拉伸强度近1000倍。此外，孔隙率分别为79.9％和23.6％的NPG分别具有34 GPA和8 GPA的拉伸强度。

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即使在500 MPa的高压下，GWFM-0.6nm也可以维持近100％的盐排斥效率。GWFM-0.8NM和GWFM0.6nm的水通量为39.22±2.50 l cm^-2天^-1MPA^-1和18.53±0.99 l cm^-2天^-1MPA^-1， 分别。在模拟时间内，GWFM-0.8NM和GWFM-0.6nm的盐排斥效率分别为500 MPa，分别为86.67％和100％。

GWFM-0.6nm可能会忍受大约48.87 GPA的最大应力。由于其自由能屏障与Na之间的差异，水分子可以轻松地流过GWFM-0.6nm的纳米孔⁺/cl^-，当它们通过GWFM-0.6nm的纳米孔时，可能会超过35 kbt，但是在MD模拟的精度下，盐离子不能通过GWFM0.6nm。水分子和Na之间的自由能屏障的差异⁺/cl^-根据H的自由能曲线，在GWFM-0.6nm的情况下，可以达到35 kbt，在模拟期间，在恒定压力从10 MPa到500 MPa的情况下，可确保近100％的脱盐效率。₂O和通过GWFM的离子。

GWFM-0.6NM和GWFM-0.8NM的拉伸强度为48.87 GPA和42.29 GPA，水通量为18.53±0.99 L CM^-2天^-1MPA^-1和39.22±2.50 l cm^-2天^-1MPA^-1分别比现有的商业RO膜高三个数量级。

结论

总之，这项研究阐明了将石墨烯条的编织到填充膜中。已证明GWFM具有出色的过滤性能和机械质量。

作者强调，这项工作不仅将为未来的研究铺平道路，以设计更好的膜，使用纳米织造技术为海水脱盐，而且还将为未来的研究奠定基础，以设计合适的膜，用于设计合适的膜使用纳米织造技术对海水的脱盐。

他们还提到，这项研究的结果为利用纳米编织技术建造具有高水通量和拉伸强度的海水淡化膜奠定了广阔的基础。

资源

Liu，T.，Lyv，J.，Xu，Y。等。基于石墨烯的机织滤膜，具有出色的强度和效率来脱盐。淡化533 115775（2022）。https://www.亚博老虎机网登录sciendirect.com/science/article/abs/pii/s0011916422002302

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