二硫化钼薄膜可大幅提高海水淡化效率

美国伊利诺伊州立大学研究人员在《自然·通讯》杂志上发表论文称, 他们发现二硫化钼高能材料可更高效地去除海水中的盐分, 通过计算机模拟各种薄膜的海水淡化效率并进行对比后发现, 二硫化钼薄膜的效率最高, 比石墨烯膜还要高出70%。

据物理学家组织网报道, 这种材料只有一个纳米厚, 布满了纳米孔, 能够渗漏大量的海水, 留下盐分和其他成分, 达到淡化海水的目的。寻找高效的海水淡化材料一直是个重要问题, 该研究论文第一作者、伊利诺伊州立大学贝克曼先进科技研究院的机械科学与工程学教授那拉亚娜·阿鲁鲁说:“这项研究为下一代材料的发展奠定了基础。”

目前, 最先进的海水淡化技术依赖于一种反渗透过程, 通过一层薄的塑料膜挤压过滤海水以获取淡水。这种膜的孔洞要大小适中, 即要能阻隔盐和其他脏东西, 又可以让水分子通过。反渗透法擅长过滤盐, 但淡水产量一直受限。因为尽管它薄如眼膜, 但相对于过滤分子级别的物质仍然显得过厚, 所以需要很大的压力才能将水推压过去, 这需要很大的能量, 成本非常高。

一个大规模提高透水率的方法是让膜再薄一些。研究人员找到了纳米厚度的石墨烯膜, 但石墨烯会与水发生反应, 给产业化带来很大挑战。

阿鲁鲁的团队将二硫化钼纳米孔作为DNA测序平台进行了研究后, 决定探索其在海水淡化中的作用。他们利用该校国家超算应用中心的蓝色水域超级计算机进行模拟, 结果单层二硫化钼膜在厚度、孔隙几何及化学属性等综合性能排名中脱颖而出。

总的说来, 独特的原子组成结构让二硫化钼膜的透水性大大提升, 其单层膜的厚度能极大地减少推压水的能量, 进而大幅降低运营成本。

研究人员目前正在测试这种材料在海水净化方面的其他性能, 比如对于塑料膜而言常发生的污垢堵塞孔洞等问题。二硫化钼虽然是一种新材料, 但研究人员相信, 制造工艺改造后, 其高性能带来的应用会很广泛。