海水净化重大突破纳米管有望解决全球40亿人口缺水问题
来自劳伦斯利弗莫尔的科学家们开发出了碳纳米管孔隙,可以排除海水中的盐分。研究小组还发现,直径小于纳米(0.8 nm)的碳纳米管(CNTs)的透水性超过了更广泛使用的碳纳米管的大小。纳米管是由碳原子以独特的排列方式组成的空心结构,比人类头发细5万多倍。纳米管超级光滑的内表面有其极高的透水性,而微小的孔隙大小阻挡了较大的盐离子。对淡水需求的增加威胁着全球可持续性发展,导致了40亿人缺水。目前的水净化技术可以通过模拟高效和水选择性生物蛋白的特殊孔隙膜的发展而获益。
研究人员指出,我们发现,直径小于纳米的碳纳米管具有关键的结构特征,能够增强运输能力。而狭窄的疏水通道迫使水在一个单一的排列中改变,这是一种类似于最有效的生物水转运体的现象,完整的研究报告发表于8月24日出版的《科学》杂志上。
计算机模拟和通过直径大于1 nm的CNTs进行的水运输实验研究表明,水的流动增加,但与生物蛋白的运输效率不匹配,并没有有效地分离盐,特别是在较高的盐度。团队取得的关键突破是使用直径较小的纳米管,这些纳米管能够在性能上提供所需的提升。
这些研究揭示了水运输机制的细节,并表明合理地操纵这些参数可以提高孔隙效率。碳纳米管是研究分子运输和纳米流体的独特平台,它们的亚纳米尺寸,原子光滑的表面以及与细胞水运输通道的相似之处,使它们特别适合这个用途。这一发现会大大提高水净化技术,解决40亿人口缺水的问题。
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