海水淡化研究论文容易发表吗

海水淡化技术：非加压吸附渗透海水淡化法上个世纪90年代邓宇的发明，《美国化学文摘》收录摄取海洋甘泉水是生命之源。不久以前，人类还沉迷于淡水是自然界取之不尽的无偿赐品的神话，然而，工业化的蓬勃发展与人口的急剧增加无情地粉碎了这个神话。淡水危机甚至比粮食危机、石油危机还要来势汹汹，解决淡水资源问题已提到了人类的议事日程。在这种背景下，把海水、苦咸水等含高盐量的水转化为生产、生活用水的海水淡化技术得到空前迅猛的发展。淡化海水的方法已有十种之多，下面介绍的是其中最为主要的几种。蒸馏法蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原旦如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带的咸味的。根据设备蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。此外，以上方法的组合也日益受到重视。电渗析法电渗析法亦换膜电渗析法。该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜（阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。此外，这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。反渗透法是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。因此，从1974年起，美日等发达国家先后把发展重转向反渗透法。超过滤法，宏大设想寻找海水淡化新技术随着科技的飞速发展，压力驱动反渗透膜分离技术(RO)在膜、膜组器、设备和工艺等方面都有了较大创新和改进，但人们也越来越意识到RO技术在节能、环保领域存在的局限，而且就脱盐来讲，RO技术可认为已接近发展的顶峰。因此，国外已经开展了“正向渗透膜分离技术(FO)”的相关研究，并取得了一定的成果，在海水淡化、污水处理、食品加工、医药等领域得到了应用，特别是“压力延缓渗透(FRO)海水发电”，更是一项极具前景的清洁再生能源开发技术J。但是国内对正向渗透膜分离技术关注得很少，相关研究和论文也不多。虽然，上个世纪90年代我国有了创造性的发明“非加压吸附渗透法海水淡化”（）。正向渗透分离技术很早就得到了应用。很久以前，人们就采用食盐来长期贮存食物，因为在高盐环境下多数细菌、霉菌和病原菌由于渗透作用会脱水死亡或暂时失去活性。如今，人们已经开始利用正向渗透膜分离技术进行海水淡化、工业废水处理、垃圾渗透液处理等研究；食品工业在实验室利用正向渗透膜分离来浓缩饮料；紧急救援时的生命支持系统利用正向渗透膜分离技术制取淡水。随着材料科学的发展，正向渗透技术已经应用于人体的药物控制释放。非加压渗透吸附法（90年代）非加压吸附渗透海水淡化法，或称为“正向渗透法”，让水通过多孔膜正向渗透进入一种超强吸水的吸附剂或盐浓度甚至超过海水的溶液或固态物，不需要外界加压，但溶液里的特殊盐分提取液很容易蒸发，不需要加太多的热（加热能与反渗透加压的能量比？）。分固态盐、液态盐方向。固态盐解吸附耗能更小。海水淡化技术:非加压吸附渗透海水淡化法（）1992年：上个世纪90年代邓宇的发明，《美国化学文摘》收录。另外两种方法都在薄膜结构上有了创新和改进碳纳米管薄膜一种用碳纳米管来做薄膜的小孔，另一种渗透用的薄膜。活细胞蛋白质膜薄膜的孔用引导水分子通过活细胞的细胞膜的蛋白质来构成。反渗透机理统一的“干闭湿开”反渗透机理模型有几个经典模型1．优先吸附毛细孔模型：弱点干态电镜下，没发现孔。湿态膜标本不是电镜的样品。2．溶解扩散模型：不认为有孔。3．干闭湿开模型：上个世纪80，90年代，国人邓宇等提出的，能够解释1和2模型的统一的现代最贴切的逆渗透机理模型。既“干闭湿开”反渗透模型，统一了两个最经典的反渗透机制模型，细孔模型，溶解扩散模型。膜干时，膜收缩致密，孔隙闭合，电镜下看不到膜湿时，膜材料溶胀，膜的孔隙被溶剂溶胀，孔打开。合并就是“干闭湿开”脱盐模型。

目前解决水的方法主要有：一是靠天，二是靠地下水，三是靠开渠引来河水，四是靠运水。不过这几种办法都愈来愈跟不上发展的需要，无法从根本上解决问题。于是人们开始想到向大海要水。随着科学技术的发展，海水将成为解决沿海城市缺水的救星。科学家们正面临两方面的问题：首先是海水的直接利用，其次是海水淡化问题。目前这两方面的技术都有发展。 什么地方可以直接利用海水呢？我们可以从工业、农业和生活三方面看。在工业上，海水利用是比较成熟的。世界上许多拥有海水资源的国家和地区，都大量采用海水替代淡水作冷却用水。日本电力工业的冷却水几乎全部是海水，化学工业的冷却水近1/3是海水。在美国，海水主要用作电力工业、石油化工、造纸行业的冷却水。在农业方面，有一些农作物可用海水灌溉。在生活方面，海水主要用于冲厕和消防。香港用海水冲厕已有40年历史，目前冲厕用水的70%是海水。根据国外工业城市的统计，如果冷却水中70%直接使用海水，冲厕用水中70%直接使用海水，则整个城市用水中有一半可用海水代替。这是个惊人的比例。 直接利用海水要解决什么问题？首先，城市的水道要分成淡水水道和海水水道。海水水道要解决取水方式、预处理、防腐蚀和防海生物附着堵塞等问题。经过多年的研究和实践，这些技术问题已不再成为海水直接利用的障碍。 把海水转化为淡水，叫做海水淡化。海水淡化愈来愈受到人们的重视，到目前为止，蒸馏法、电渗析法、反渗透法等都已达到工业生产的规模。世界上严重缺水的一些富裕国家，如西亚石油输出国和欧美一些国家，已经确定将海水淡化作为取得淡水的重要途径。到1989年底，全球已有7千多座海水淡化装备，总装机容量达到1300万立方米。世界上海水淡化能力的55%分布在中东地区。海水淡化已成为中东地区以及许多岛屿淡水供应的主要来源。 海水淡化实际上是用能源换淡水，一般耗电较多，费用较高。在我国，使用大型进口淡化设备，每吨淡水的成本约为10元，比起一般城市水价要高几倍。

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地球 71%的面积被水覆盖，但全部水资源只有 能供人类直接使用。据统计，世界上约有  亿人住在没有饮用水供给的地区，很多人需要跋涉好几个小时才能获取干净水源。

非洲有1/3人口缺乏饮用水，近半数人口因饮用不洁净水而染病。为了解决水资源短缺的问题，一些沿海国家都纷纷开始开发海水淡化系统。但众多缺水的发展中国家根本无法负担由此带来的巨额成本。

现在，这些问题的解决有了新的曙光。今天 DT 君要介绍的，就是一种低成本的能够高效淡化海水的科技——氧化石墨烯薄膜过滤技术。这项最新研究成果发表在了《Nature Nanotechnology》上。

这项新技术诞生于世界顶尖的石墨烯科研机构——曼彻斯特大学“国家石墨烯研究所”。该研究所已经出过一位诺贝尔奖得主——那就是大名鼎鼎的“石墨烯之父”安德烈·海姆（Andre Geim）。

因在石墨烯材料方面的卓越研究，安德烈·海姆和他的同事康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）获得2010年诺贝尔物理学奖。安德烈·海姆也是本次论文的通讯作者之一。

“石墨烯之父”安德烈·海姆教授（如上图），任教于曼彻斯特大学物理学院，也是曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的牵头人之一，在他的职业生涯中，海姆发表了超过150篇的顶尖文章，其中很多都发表在《自然》和《科学》杂志上。或许我们对这位“石墨烯之父”所知甚少，但对于常被称为“奇迹材料”石墨烯，相信大多数人都并不陌生。

石墨烯是碳的同素异形体，也是目前世界上最薄（约为头发丝的二十万分之一）、强度最大（最大强度钢的 200 多倍）、质量最轻、导电和导热性最好、透光性（白光透光率可达）和电子传输性最优异（电子在石墨烯中传输速度是在硅中传输速度的数百倍）的新型材料。因此，石墨烯几乎在每个行业都有潜在的应用前景。

然而，石墨烯在名声大噪后，并没有很快进入人们的日常生活。真正限制石墨烯大量使用的是其难以工业化的大规模生产。一方面，使用诸如化学气相沉积（CVD）的方法很难生产出大量的单层、性能优异的石墨烯；另一方面，生产成本又太高。

然而，石墨烯的衍生物——氧化石墨烯——能够在实验室通过简单的氧化生产出来。在墨水或一些溶液中，科学家们利用某些基底材料或多孔材料来合成氧化石墨烯，然后再将其用于膜系统。考虑到氧化石墨烯的灵活性和成本，氧化石墨烯比单层石墨烯更具有潜在优势。

总之，氧化石墨烯薄膜的独特性质使其成为过滤或脱盐领域的最佳候选膜。曼彻斯特大学的科学家们现在已经展示了如何将氧化石墨烯薄膜用于高效的过滤系统，海水淡化取得了实质性的重大突破。

该研究团队表示，这种膜不仅能用于脱盐，而且可调谐其孔径以过滤更多类型离子。孔径均匀的可伸缩膜如果能达到原子级别的孔径，这将是一个重大突破，这将为提高海水淡化技术的效率打开一扇新的大门。

其实，这并不是氧化石墨烯薄膜的首次“精彩亮相”。在此之前，这种材料已经在分离气体和过滤离子等领域取得了很大的进步。

之前，曼彻斯特大学的一项研究表明，氧化石墨烯薄膜浸入到水中，它们会发生一些变形，使薄膜的孔径变大，因此体积较小的离子就会随着水流穿过薄膜，而体积较大的离子或分子会被阻隔，这就起了一定程度的过滤作用。

而现在，曼彻斯特大学研究团队的最新研究成果显示，这些氧化石墨烯薄膜得到了进一步优化，避免了在水流过薄膜时造成的孔径扩张。

最重要的是，这次他们能够精确控制氧化石墨烯薄膜的孔径大小，这就能够有效地阻挡不需要的离子。使用这种石墨烯薄膜过滤后的水能够饮用，且更安全。

毫无疑问，这次的成果具有重大的现实意义。一方面，按照联合国的“持续发展目标”，到 2030 年，世界上的每个人都能得到基本的淡水资源，然而目前形势并不乐观。

另一方面，气候变化也正在将人们置于水安全威胁的边缘，干旱、洪水、冰川融化都会导致淡水资源的短缺。长期下去，这些因素又会进一步影响粮食生产、医疗卫生、能源与工业。淡水资源的匮乏已经给人类带来了不容忽视的威胁。

联合国预测，到达 2025 年，世界上将有 14%的人口面临着缺水的威胁。这项技术有望革新全世界范围内的过滤水技术，特别是对于那些不能承担起建立大规模脱盐工厂的国家极为有利。

根据这项研究成果，人们可以按需设计氧化石墨烯薄膜的孔径，以实现“按需过滤”。地球上有充足的水资源，海洋就是我们充足的水资源库，如果我们能够大规模制造这种薄膜系统用于海水淡化，淡水危机就能很好地解决。

目前，许多发达国家都在加大投资海水淡化技术，因此该技术也正处于发展的关键期。

然而，这种石墨烯薄膜系统要具有商业可行性还可能需要一段时间。这些研究人员的终极目标是构建一个高效的过滤工业废水和海水的净化装置。主要面临的挑战有如下三点：

第一，在工业上，要大规模地、廉价地生产稳定的、可持续在恶劣环境中工作的氧化石墨烯薄膜系统还必须考虑到该薄膜系统如何抗有机物、盐、和生物材料的腐蚀；

第二，研究人员如何大规模地生产这种氧化石墨烯薄膜，并且具有广泛的工业应用价值也是他们面临的一项的巨大挑战；

第三，石墨烯薄膜的生产过程中不可避免地会产生缺陷，如造成薄膜上不均匀的孔洞，这些孔洞对过滤和分离极其不利。

附录：背后的原理

通常，氧化石墨烯薄膜对水的透过性阻力较小，能够用于过滤和分离，质子导体，能量存储和转化等领域。然而，它们在离子筛分和脱盐技术中受到纳米的渗透阈值限制，即直径低于纳米的水合离子能够透过此膜，大于纳米的离子才能被有效过滤。

理论证明， 纳米的阈值是由氧化石墨烯薄膜系统的层间距（d，约为 纳米）所决定的。通常，氧化石墨烯薄膜在水中容易膨胀，要实现更小的层间距具有相当大的挑战。有证据表明，层间距 d 在 纳米到 纳米范围内氧化石墨烯薄膜系统能够对常见盐的水合离子进行有效的过滤。

基于这些发现，曼彻斯特大学的研究人员找到了一种方法（在氧化石墨烯薄膜的两侧引入环氧树脂）能够有效地控制孔径的扩张。经实验证实，用他们的方法能够使氧化石墨烯薄膜对氯化钠的离子的过滤率高达97%，这意味着该膜系统能够很好地进行过滤常见的盐离子。

这完全可以称得上是该领域内一件具有里程碑式的成就。

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