研究人员提出有关净化滤水膜工作原理的新见解

多年来科学家们一直知道,足够细密的过滤膜可以做一些有用的事情,比如作为盐水的过滤器。当咸咸的海水通过膜时,干净的水会从另一边出来,可以用于农业和饮用等。虽然把水推过一层过滤膜是一个很简单的过程,但让水过滤膜发挥作用的机理直到现在还不清楚。

一组研究人员,包括来自宾夕法尼亚州立大学、德克萨斯大学奥斯汀分校、爱荷华州立大学、陶氏化学公司和杜邦水处理公司的科学家现在已经发表了一项研究结论,显示了关键的发现以及膜如何过滤水中的矿物质。研究负责人、宾夕法尼亚州立大学化学工程和材料科学与工程教授恩里克·戈麦斯表示,研究团队发现,如何在纳米级控制膜的密度分布对滤水品质好坏非常重要。

该团队在研究中使用了多模态电子显微镜,使他们能够结合原子尺度的详细成像技术重建化学成分,以确定海水淡化膜的密度和质量。研究人员使用三维空间分辨率约为一纳米的聚合物薄膜绘制密度变化图,成功实现用肉眼看到它们和咖啡过滤器表面的差异。

用肉眼看过滤膜,它的外表可能是均匀的,但在纳米尺度上可能根本不是。如何控制材料分布,对水过滤性能非常重要。研究人员原本以为膜越厚;过滤时单位时间产生的水就越少,科学家们发现,越厚的膜的渗透性却越强。

研究人员发现,厚度并不重要,重要的是避开被称为 “死区 “的高度密集的纳米级区域。从本质上讲,整个膜的密度比厚度更重要,可以最大限度地提高产水量。科学家认为,他们的发现可以将滤水膜的效率提高30%到40%。

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