研究人员开发用于海水淡化的超高水通量膜

清洁水的供需失衡导致了全球可持续发展危机。联合国《2023年世界水发展报告》显示，2-30亿人正面临缺水之苦。

通过膜分离进行海水淡化为应对这一危机提供了一种有前景的方法。然而，大多数膜都受到低水通量的限制，因为膜质量受到恶劣条件和/或制备过程复杂的挑战，导致产水率低和能源效率低。因此，开发高通量的海水淡化膜至关重要。

中国科学院上海高等研究院曾高峰研究员课题组与上海大学史国胜教授合作，开发出石墨炔复合膜，实现近乎完全脱盐和超高水通量在海水淡化中。他们的研究结果发表在9月4日的NatureWater杂志上。

研究人员在温和的溶剂热条件下，通过Glaser-Hay交叉偶联反应，直接用六乙炔基苯单体在多孔铜中空纤维上制备了亚微米厚度的纳米孔结构石墨二炔膜。

石墨二炔膜对海水小离子的截留率超过99.9%，并且比商业膜(例如沸石膜、金属有机框架膜和石墨烯基膜)高一到三个数量级的水通量。它们还在超咸水、真实海水和含污染物水域的长期测试中表现出可靠的稳定性。

理论计算表明，盐水-水/石墨二炔和盐水-水/蒸汽的界面包含一到三个不含盐的纯水分子层，这有助于石墨二炔膜完全脱盐。通过双层石墨炔通道模型，实现了超高水通量，这与实验观察结果相符。

这些发现不仅提供了一种制备石墨二炔膜的适应性方法，而且表明了在类似方法下获得其他含链二炔膜的潜力，其可用于膜分离、离子转移和能量转换。