電場可控的精確水滲透技術-水滲透薄膜技術的大突破

金也 5年前 (2018-07-13) 5323瀏覽

【引言】

精確控制水分子在隔膜或毛細管中的傳輸在工業水凈化與醫療保健領域具有重要意義。此前研究往往是通過改變PH、溫度或離子強度調節膜結構及其表面的物理化學性質從而控制隔膜(主要是聚合物膜)透水性。通過電場控制隔膜的水滲透能力是一種極具吸引力的技術挑戰，但是該技術對小型精確的醫療領域和大規模的工業化水提純領域都具有重要的實際意義。然而目前的實驗與理論模擬所得的結構往往是相互矛盾的。因此試圖通過電場來精確調控水的滲透仍然是一個極具挑戰性的技術難題。

【成果簡介】

2018年7月12日，學術期刊《自然》雜志刊登了一篇由英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究所的R.R.Nair教授發表的名為“Electrically controlled water permeation through graphene oxide membranes”的文章。該文章創造性地在氧化石墨烯中加入碳導電絲，被電場擊穿的導電絲會釋放微弱的電流，并產生一個局域電場可使得水分子與氧化石墨烯進行分離，從而達到水的滲透精確控制。早在此前氧化石墨烯薄膜就已經被用于水滲透的研究，此次R.R.Nair教授通過導電絲的引入使得氧化石墨烯薄膜的水滲透能力可以通過電場進行精確的調控（可實現從快速滲透到完全關閉滲透的轉變）。該工作將在人工生物系統、組織工程和智能過濾膜領域產生極大的實際意義。

【圖文簡介】

圖1 場致氧化石墨烯滲透膜結構以及氧化石墨烯薄膜的形貌圖。器件結構為多孔銀電極/氧化石墨烯（摻導電細絲）/多孔金電極，電極是便于施加電場，多孔是為了便于水透過。圖d中的紅色圓圈指示的為導電細絲。