反滲透純凈水設(shè)備中新型石墨烯膜的脫鹽率提升

發(fā)布時(shí)間:

2025-07-31

　　在飲用水安全要求持續(xù)提升的背景下，反滲透技術(shù)的核心組件——分離膜材料正經(jīng)歷從傳統(tǒng)聚酰胺膜向二維材料的迭代。石墨烯膜因其單原子層結(jié)構(gòu)帶來(lái)的分子級(jí)篩分特性，成為脫鹽率提升研究的重要方向?！　虼髮W(xué)團(tuán)隊(duì)在《Nature Water》發(fā)表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用化學(xué)氣相沉積法制備的單層石墨烯膜，在25bar操作壓力下對(duì)NaCl的截留率達(dá)到99.6%，較傳統(tǒng)復(fù)合膜提升約1.8個(gè)百分點(diǎn)。這種提升主要源于石墨烯晶格中精準(zhǔn)調(diào)控的納米孔道結(jié)構(gòu)，其孔徑分布集中在0.6-0.9nm區(qū)間，恰好介于水分子團(tuán)(約0.28nm)與水合離子(Na?約0.72nm)之間，實(shí)現(xiàn)了尺寸排阻與電荷排斥的雙重過(guò)濾機(jī)制?！　?shí)際工程應(yīng)用中，石墨烯膜的層間堆疊方式直接影響通量穩(wěn)定性。麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的垂直排列石墨烯片層結(jié)構(gòu)，通過(guò)π-π鍵作用形成0.34nm的固定層間距，在廈門某海水淡化項(xiàng)目的連續(xù)運(yùn)行測(cè)試中，保持98.9%脫鹽率的同時(shí)

　　在飲用水安全要求持續(xù)提升的背景下，反滲透技術(shù)的核心組件——分離膜材料正經(jīng)歷從傳統(tǒng)聚酰胺膜向二維材料的迭代。石墨烯膜因其單原子層結(jié)構(gòu)帶來(lái)的分子級(jí)篩分特性，成為脫鹽率提升研究的重要方向。

　　劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)在《Nature Water》發(fā)表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用化學(xué)氣相沉積法制備的單層石墨烯膜，在25bar操作壓力下對(duì)NaCl的截留率達(dá)到99.6%，較傳統(tǒng)復(fù)合膜提升約1.8個(gè)百分點(diǎn)。這種提升主要源于石墨烯晶格中精準(zhǔn)調(diào)控的納米孔道結(jié)構(gòu)，其孔徑分布集中在0.6-0.9nm區(qū)間，恰好介于水分子團(tuán)(約0.28nm)與水合離子(Na?約0.72nm)之間，實(shí)現(xiàn)了尺寸排阻與電荷排斥的雙重過(guò)濾機(jī)制。

　　實(shí)際工程應(yīng)用中，石墨烯膜的層間堆疊方式直接影響通量穩(wěn)定性。麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的垂直排列石墨烯片層結(jié)構(gòu)，通過(guò)π-π鍵作用形成0.34nm的固定層間距，在廈門某海水淡化項(xiàng)目的連續(xù)運(yùn)行測(cè)試中，保持98.9%脫鹽率的同時(shí)，單位膜面積產(chǎn)水量達(dá)到傳統(tǒng)膜的2.3倍。這種結(jié)構(gòu)有效避免了二維材料常見(jiàn)的溶脹問(wèn)題，其機(jī)械強(qiáng)度經(jīng)2000次壓力循環(huán)測(cè)試后僅下降7%。

　　操作參數(shù)的適配優(yōu)化同樣關(guān)鍵。當(dāng)原水含鹽量超過(guò)35000mg/L時(shí)，建議將工作壓力控制在20-28bar范圍，此時(shí)石墨烯膜的脫鹽率曲線呈現(xiàn)平臺(tái)特征。美國(guó)膜技術(shù)協(xié)會(huì)2024年度報(bào)告指出，配合脈沖式?jīng)_洗程序(每運(yùn)行45分鐘反向沖洗8秒)，可延緩膜面結(jié)垢導(dǎo)致的性能衰減，使系統(tǒng)在三年維護(hù)周期內(nèi)脫鹽率波動(dòng)保持在±0.5%以內(nèi)。

　　值得注意的是，石墨烯膜的表面修飾技術(shù)正在拓展其應(yīng)用邊界。通過(guò)氨基化改性處理的膜材料，對(duì)重金屬離子的截留效率提升顯著，在某電子工業(yè)廢水回用項(xiàng)目中，對(duì)銅離子的去除率從基準(zhǔn)值的94.2%提高到98.7%。這種選擇性分離特性使其在特種分離領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

　　隨著卷式膜組件工藝的成熟，石墨烯膜的生產(chǎn)成本已從2018年的$800/m2降至2025年的$120/m2。國(guó)內(nèi)某上市環(huán)保企業(yè)披露顯示，其開(kāi)發(fā)的混合基質(zhì)膜通過(guò)將石墨烯量子點(diǎn)嵌入聚合物基底，在保持同等脫鹽性能前提下，使材料用量減少60%，這為大規(guī)模商用提供了可能。

相關(guān)新聞

反滲透純凈水設(shè)備中新型石墨烯膜的脫鹽率提升

2025-07-31

中藥設(shè)備對(duì)藥品質(zhì)量的影響

2025-07-30