中評社北京11月26日電／據科技日報報導，看過《少年派的奇幻漂流》《魯濱遜漂流記》等探險類電影的人都知道，在孤島或茫茫大海中求生，如何獲取淡水是最大挑戰。試想一下，如果此時求生者擁有一個能快速從海水中提取大量淡水的小型手持裝置，生存概率將大大提高。
日前獲得上海市自然科學獎一等獎的項目“固液微觀界面動力學性質的理論研究及其應用”，就可以讓“少年派”“魯濱遜”不再發愁。該項目由華東理工大學物理學院教授方海平團隊研發，目前其科研成果——便攜式海水淡化器已成功落地。這款海水淡化器外形和尺寸類似保溫杯，重量不到1公斤，可為使用者提供超過1周的淡水。
為海水淡化提供理論支撐
這款形似保溫杯的海水淡化器原理並不複雜。它的內部採用了特殊的氧化石墨烯膜，從而在有效阻擋並過濾鹽離子的同時，允許水分子通過。
石墨烯是由碳原子組成的蜂窩狀平面薄膜。其獨特的二維結構使它在能源、材料等領域展現出巨大的應用潛力。國際上，研究人員普遍希望利用石墨烯的二維特性來構築高性能的分離膜，以解決污水處理和海水淡化等領域的關鍵技術難題。然而，要實現這一目標，就要將石墨烯的層間距控制在十分之一納米的精度，這無疑是一個極具挑戰性的課題。長期專注水研究的方海平於2008年著手開展相關研究。
化學家們很早就發現，石墨烯的蜂窩狀結構具有一種特殊的電子行為，被稱為π電子。π電子能夠與鈉離子等陽離子產生強烈的相互作用，形成離子－π作用。然而，由於水合離子的存在，這種作用在水溶液中通常會被忽視。
方海平團隊運用統計物理理論，認識到離子－π作用在水溶液中的重要性，並結合量子力學計算，開發了相應的分子動力學計算軟件。團隊提出要利用離子精確控制石墨烯膜的層間距，以實現離子篩分和海水淡化。令人興奮的是，這一想法被實驗成功驗證，相關論文在《自然》雜誌發表。
基於離子控制石墨烯膜的基礎研究，團隊歷時幾年研發出一款石墨烯復合海水淡化膜。根據裝機實測結果顯示，該膜的水通量約為美國陶氏2019年報導的海水淡化膜水通量的15倍，是目前在水通量方面最先進的實用化海水淡化膜。此外，這款保溫杯大小的便攜式海水淡化器已入選上海市綠色技術目錄。
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