王燕平

（泉州理工職業(yè)學院，福建 晉江 362269）

了解當前生態(tài)環(huán)境可知，世界范圍內的淡水資源緊缺一直都是人們關注和研究的重要課題。有專家預計，在2030 年，全球用水需求將增加40%，此時全球將有一半的人口面臨淡水資源緊缺的問題。由此可知，在可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針中，海水淡化作為增加淡水資源的研究對象，也是解決21 世紀水資源緊缺問題的最佳選擇。下面對應用石墨烯材料進行海水淡化的工作進行研究與分析。

1 背景介紹

從物理角度分析，淡水就是含鹽量低于0.5g/L 的水，地球上水資源的總量為14 億立方千米，但淡水量只占據(jù)了其中的2.53%，且有68.7%還是固體冰川，儲備在難以開發(fā)利用的高山、南北極兩地，更有少部分埋藏在地下，開采起來有一定困難。由此可知，地球本身具有豐富的淡水資源，但它們并不是無窮無盡的，且整體分布也不均衡。在這一背景下，受人口數(shù)量持續(xù)增加、工業(yè)發(fā)展惡意破壞、灌溉農業(yè)的全面擴張等因素的影響，人們對淡水量的需求越來越多，致使發(fā)展過程中的水資源出現(xiàn)緊缺、惡化等問題，人類在發(fā)展中面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。

2 海水淡化的可行性分析

當前，針對海水淡化的研究主要分為兩種，而在中東等非常缺水的區(qū)域得到了推廣：其一，多級閃蒸。這種方法是在一系列的蒸發(fā)凝固中降水，并快速加熱形成水蒸氣，而后消除其中的雜質，最終讓干凈的飲用水凝結到一起。其與我們高中化學中的冷凝管作用類似。其二，反滲透法。這種方式是通過引用高壓泵將海水壓入，此時依據(jù)反滲透膜消除其中包含的雜質，確保過濾后的水資源可以直接引用。了解實踐案例可知，這兩種方法都存在缺陷，因為它們在收獲水資源的同時也在消耗水資源，并排除了大量廢水，而國家在處理廢水時也需要消耗大量資源，所以選擇上述兩種方法需要消耗大量的成本。但可以明確的是，海水淡化是具備可行性的。

3 基于石墨烯材料進行海水淡化

石墨烯是“碳材料家族”的一員，是由多個碳原子在平面依據(jù)六邊形蜂窩狀結構形成一種層狀材料。因為厚度只有一個碳原子的大小，為0.34nm，等同于一根頭發(fā)的二十萬分之一，是當前人們發(fā)現(xiàn)最薄的材料，也被叫做二維材料。受這一特點的影響，石墨烯展現(xiàn)出了大部分三維材料沒有的奇異性質。單層石墨烯的透光率達到了97.7%，從肉眼觀察幾乎是透明的。同時，石墨烯還具備導熱性，具體性能可以達到金剛石的兩倍以上。

人們通過了解石墨烯展現(xiàn)出的各類優(yōu)質物理性，對其的應用提出了較高的期望。在近幾年的研究當中，石墨烯凈水技術不只在原理上展現(xiàn)出極強的有效性，而且在實驗探究中收獲了較大的突破。尤其是活性炭作為經常應用的傳統(tǒng)污水處理材料，其中包含大量疏松的孔隙，且有極強的吸附能力，而石墨烯展現(xiàn)出的特殊層狀和孔狀結構，擁有比活性炭高出上百甚至上千倍的吸附能力。以此為基礎，科學家在微觀調節(jié)、修飾及整改中，提出了多種類型的石墨烯基吸附材料，其不但可以吸附超出自身質量百倍的污染物，而且能訓練應用，這符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針的要求，有效控制了資源成本支出。換句話說，石墨烯在污水處理和海水淡化中具有極大的應用價值。

麻省理工學院機械工程系副教授Rohit Kaenik 提出，他們在實驗探究中發(fā)現(xiàn)，設計堅韌的石墨烯基膜符合脫鹽要求，但要保障濾膜承受高壓流動，以此有效消除海水中的鹽離子。換句話說，只要石墨烯可以在高壓下進行海水淡化，那么它在高鹽度下可以為高效節(jié)能的海水淡化提供更多可能性。

4 結 語

綜上所述，雖然石墨烯材料的應用優(yōu)勢非常多，如造價便宜等，但在應用中還是存在缺陷，若是大規(guī)模推廣，很容易讓濾膜出現(xiàn)問題，降低自身的選透性，無法繼續(xù)過濾鹽離子，因此在新時代發(fā)展背景下，科學家還要結合海水淡化特點和石墨烯材料的各項性能進行持續(xù)探究。