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美国MIT研发石墨烯渗透膜 比现有材料速度快10倍
金陵 2017-07-01
导语

美国麻省理工学院工程师团队利用这种材料研发出一种新型膜材料,可以过滤溶液中的纳米级分子,速度比目前的透析系统快10倍以上,从而彻底改变了透析过程。

【据物理学组织网站2017年6月29日报道】石墨烯是一种导电导热性能超强的新型二维纳米材料。在最新的基于石墨烯的创新中,美国麻省理工学院工程师团队利用这种材料研发出一种新型膜材料,可以过滤溶液中的纳米级分子,速度比目前的透析系统快10倍以上,从而彻底改变了透析过程。

 图:MIT石墨烯渗透膜的制备过程示意图,1)在铜箔上生长出的石墨烯被压在聚碳酸酯的基板上;2)聚碳酸酯可从铜箔上剥离出石墨烯;3)利用界面聚合技术,研究人员封闭填补石墨烯中的较大裂缝和缺陷;4)使用氧等离子体刻蚀,在石墨烯中得到特定尺寸的孔。

渗透膜除了可帮助肾脏无法正常工作的患者清除血液中的废物,还可用来分离杂质分子,净化药物,并从化学溶液中除去不需要的残留物。现代渗透膜由于其厚度工作起来相当缓慢,但是这种新的石墨烯膜由于不到一纳米厚,因此可加速过滤过程。 

麻省理工学院的工程师们已经利用石墨烯制造出一种功能性透析膜。石墨烯膜大约有指甲盖大小,厚度不到1纳米。(目前商用的透析膜最薄的约20纳米厚)。 透析性能方面,在过滤水溶液中的纳米级尺寸的分子时,MIT研究团队研制的石墨烯膜比目前最先进的渗透膜高10倍,如果只靠考虑石墨烯材料本身,新型渗透膜的过滤速率还可再提高10倍。 

论文作者 Kidambi解释说:“目前只有大约10%的膜面积是可以过滤的,但即使只有10%的面积可用,这种石墨烯透析膜也比美国最先进的透析膜快10倍”。 

为了进一步提高石墨烯膜的性能,该团队计划在高聚碳酸酯基底上蚀刻空隙来增加膜的整体渗透率。由于目前做测试的石墨烯膜尺寸仅为1平方厘米,因此研究团队还致力于进一步扩大膜的尺寸。此外,进一步进行氧等离子体处理制造出更多的小孔也可以改善膜的性能。 

石墨烯材料目前已经在电气电子等领域得到了广泛应用,而MIT研究人员的研究成果有望为石墨烯在医疗、物质过滤和水净化等领域的应用打下基础。

文章链接:

Piran R. Kidambi et al. Nanoporous Atomically Thin Graphene Membranes for Desalting and Dialysis Applications, Advanced Materials (2017). DOI: 10.1002/adma.201700277 

(本文来源:国防科技信息网,作者:中国船舶工业综合技术经济研究院丁宏;) 

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作者 金陵

本科生

北京大学

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科

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