用石墨烯实现海水淡化或将解决人类用水问题

水是我们人类赖以生存的生命之源，虽然地球上71%的面积都被水覆盖，但其中99.9%的水并不是能够直接饮用的海水。据统计，世界上约有6.63 亿人住在没有饮用水供给的地区，虽然许多国家都开始尝试在沿海地区开发海水淡化过滤系统，但居高不下的成本都让这些方案无法真正实现量产化发展。近期，来自英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授推出一种海水淡化方案，希望能够改变这一现状，他所采用的是一种被称为“氧化石墨烯薄膜过滤”的技术。安德烈·海姆，在业内被称为“石墨烯之父”，同时也是曼彻斯特大学“国家石墨烯研究所”的牵头人之一，从业至今，他已经在石墨烯领域发表了超过150篇的科研论文，并在2010年荣获诺贝尔物理学奖。与人造石墨烯皮肤主要利用了石墨烯“导电导热快”、“柔韧度高”和“透光率强”的特性不同，“氧化石墨烯薄膜过滤”技术，主要利用了石墨烯与水之间相互交融时“若即若离”的神奇特性：虽然石墨烯表面排斥水分子，但一旦被浸入到水中，石墨烯薄膜便会发生细小形变，导致薄膜的孔径变大，从而使得体积较小的离子可以和水一起穿过薄膜。在英国曼彻斯特大学研究团队的努力下，如今他们已经能够精确控制石墨烯薄膜孔径大小的形变，并通过环氧树脂加以固化，从而有效阻挡不需要的离子，进而实现了将海水过滤为可直接饮用的淡水。不过，只是这样还是不够。因为石墨烯本身不仅造价成本高而且产量也低，用石墨烯薄膜来过滤海水仍然存在着无法量产化的问题。所以，安德烈·海姆采用了氧化石墨烯来代替单层石墨烯。所谓氧化石墨烯其实是石墨烯的一种衍生物，虽然它各方面性能相比单层石墨烯都会逊色一些，但却可以直接在实验室中利用某些基底材料或多孔材料来氧化合成出来，无论是与单层石墨烯相比，还是与如今“海水淡化系统”中最常见的“聚合物薄膜”相比，氧化石墨烯薄膜的性价比都很高，有实现大规模量产的潜力。其实，这也并不是氧化石墨烯薄膜的首次亮相，在此之前，这种材料已经被应用在分离气体和过滤离子等领域上。而这次的研究成果则进一步扩大和细分了这一材料的使用场景，人们不仅可以直接用来过滤海水，还能根据需求自由调整氧化石墨烯薄膜的孔径，从而适用于更多的应用领域。不管怎样，这一技术都让我们又一次在大规模实现“海水的快速淡化与净化”上看到了新的希望。未来，安德烈·海姆的研究方向将是提升氧化石墨烯薄膜在长期使用过程中的抗腐蚀性，以及进一步提升薄膜在加工和生产过程中的可复制性和可量产性。如果说，以深度学习为核心的人工智能将使我们所面对的各种机器、硬件设备更加智能、更加高效，那么，假以时日，当石墨烯可以量产、大规模使用的时候，以石墨烯为核心材料的产品，将会彻底颠覆我们生活的方方面面。比如，石墨烯超级电池将彻底解决新能源汽车容量不足以及充电时间长的问题；石墨烯感光元件将使现有的摄像头成像质量提高上千倍，这些摄像头可以应用在未来的智能手机，以及卫星或太空望远镜中；而石墨烯晶体管也将使我们现有的电脑运算速度提高千倍以上。可以说，神奇的石墨烯可以在几乎你能想到的任何领域发挥神奇功效。科技改变生活，我们无比期待：石墨烯时代的到来！

British National Graphene Institute

英国国家石墨烯研究所

英国国家石墨烯研究所于2015年在英国成立，是一家石墨烯技术研究机构，创始母机构为曼彻斯特大学。现任主任为Falko Vladimir。