海水变饮用水东京大学团队研发膜材料淡化海水更快更节能

  世界水资源短缺问题日渐严重，而当下通过海水淡化技术生产饮用水的方法往往能耗极高。东京大学的研究人员首次利用氟基纳米材料成功地从水中过滤出盐。与目前的海水淡化方法相比，含氟纳米通道速度更快，需要的压力更小，耗能也更少，是一种更高效的过滤器。

  目前，淡化海水的方法主要有两种：热法，即利用热量蒸发海水，使海水凝结成纯水；以及反渗透法，即利用压力迫使海水通过一层阻挡盐分的薄膜，令水和杂质分离。这两种方法都非常耗能。而与此相比，新的研究测试显示，氟纳米通道只需要很少的能量。

  聚四氟乙烯常被用来制作不粘锅涂层。使用时可观察到富含水分的食材轻松地在锅表面滑动。这是由于聚四氟乙烯中的氟作为一种轻质元素，具有天然的疏水性。此外，聚四氟乙烯也可拿来改善管道流量。正是这一现象引起了研究人员的注意，并启发了他们去探索由氟制成的管道是如何在纳米尺度上工作的。

  研究小组通过化学合成的纳米级氟环来制造测试过滤膜，纳米级氟环被堆叠并嵌入到不透水的脂质层中，类似于组成细胞壁的有机分子。一根头发大约有10万纳米宽，研究人员制作的出的测试样品纳米环直径大约在1到2纳米之间。为了测试膜的有效性，研究人员测量了膜两侧盐水中的氯离子浓度。

  研究结果为，测试样本比典型的工业设施运行速度快几千倍，比基于碳纳米管的海水淡化实验设备快2400倍。这是因为氟是阴离子，它排斥同为阴离子的氯离子。它将所谓的水团打破，形成松散结合的水分子团，使得流体能更快地通过通道。这种氟基水淡化薄膜更有效、更快速、操作所需能量更少，而且用起来也非常简单。

  但合成这样一种材料本身可不是什么容易事——这也是下一步科学家们要改进的地方。而研究人员表示前景值得期待，考虑到膜的寿命和低运行成本，总体能源成本将远远低于目前的方法。在扩大规模的同时，研究人员还希望在其他专家的帮助下，能够在几年内制造出一种跨度约为1米的薄膜。与此同时，他们也在探索类似的薄膜是不是能够用来减少二氧化碳或其他工业排放的污染物。

  通讯作者 Kohei Sato：博士，日本东京大学工程学院化学与生物技术系。

  第一作者 Yoshimitsu Itoh：博士，日本东京大学工程学院化学与生物技术系。

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