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纳米氟环可能是海水淡化的未来 。
来源：MR.Cole_Photographer/盖蒂图片社
供水是一个日益严重的全球问题 ， 特别是随着气候变化带来更多的干旱 。 全世界使用海水淡化来过滤每天高达9740万立方米 。 两种方法——热渗透和反渗透——占主导地位；两者都具有巨大的能源成本 。
在发表在《科学》杂志上的一项开创性研究中 ， 研究人员使用基于氟的纳米结构 ， 比其他现有技术更快、更高效地成功过滤水中的盐 。 但它是如何工作的呢？
大多数人都熟悉特氟龙涂层煎锅的不粘性 。 特氟龙的关键成分是氟 ， 这是一种天然防水（疏水）轻质元素 。 特氟龙已被用于管道 ， 以帮助改善水流 ， 这激励了东京大学（日本）的一个团队在纳米尺度上进行测试 。
首席研究员、副教授Yoshimitsu Itoh表示：“他们很想知道氟纳米通道在选择性地过滤不同化合物 ， 特别是水和盐方面有多有效” 。 “在运行了一些复杂的计算机模拟后 ， 他们决定值得花时间和精力创建一个工作样本” 。
该团队创造了0.9到2纳米大小的纳米荧光环——相比之下 ， 人类的头发几乎有100000纳米宽 。 这些环具有超疏水表面 ， 由密集的碳氟（C-F）键组成 ， 以排斥水 。
这些环堆叠并嵌入不透水的脂质膜中 ， 就像植物细胞壁的表面一样 。 该团队通过测量测试膜两侧是否存在氯铁来测试膜的有效性 ， 氯铁是盐的主要成分之一 。
较小的测试通道完美地排斥了传入的盐分子 ， 而较大的通道仍然比其它海水淡化技术甚至尖端的碳纳米管过滤器有所改进 。
氟的额外好处之一是具有负电荷 ， 因为它具有额外的电子 ， 这意味着它排斥其它负离子 ， 如盐中发现的氯离子 。 它还有助于分解水簇 ， 这些水簇是松散结合的水分子群 ， 这进一步提高了其透水能力——让水通过的能力——速度前所未有 。
真正让研究团队感到惊讶的是这个过程发生得如此之快 。 他们的样品比典型的工业设备快几千倍 ， 比实验性碳纳米管海水淡化装置快约2400倍 。
目前 ， 淡化水有两种主要方法：热 ， 使用热蒸发海水 ， 使其凝结为纯净水；或反渗透 ， 使用压力迫使水通过阻挡盐的膜 。 这两种方法都需要大量的能量 ， 但该研究团队的测试表明 ， 氟纳米通道只需要很少的能量 ， 也还有其它好处 。
该团队希望在未来几年内将这项技术扩展到工业规模 ， 旨在制造直径约一米的膜 。 这种膜技术还可用于过滤其它化学品 ， 如二氧化碳或其它工业废物产品 。
来源：Itoh等人 。 2022/科学
降低能源成本 ， 从而降低经济成本 ， 并提高海水淡化程度 ， 可以帮助世界各地难以获得安全饮用水的地区 。
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