日本开发出具有高脱盐性能的碳纳米膜

中国粉体网讯    日本信州大学2016年4月8日宣布，利用新的成膜方法（干法工艺）开发出了比现有Diamond-Like Carbon（DLC）膜更柔软的碳基水分离膜，脱盐率最高达到96％。这种水分离膜的脱盐性和透水性不及海水淡化使用的标准反渗透（RO）膜，但高于现有DLC膜，有望作为RO膜投入实用。



　　DLC是钻石结构与碳结构混合的非晶碳纳米膜，被广泛用于硬盘表面、各类刀具、PET瓶等的涂布材料。这一次，信州大学以现有DLC膜为基础，通过优化纳米结构，开发出了可以应用于先进水处理的碳纳米水分离膜。

　　这种水分离膜使用溅射法，通过使等离子化的氩气、氮气、甲烷相互碰撞生成碳分子，在基材上附着并沉积，形成厚度为20～30nm的碳纳米层。通过调节通入的氮气量，可以优化脱盐性、透水性和耐氯性，通过增加氮掺杂量，可以表现出较高的NaCl去除率。


不同制备条件下碳纳米分离膜的SEM和AFM图像


超级计算机模拟的氮掺杂碳纳米膜的结构模型

　　制作流程是，在聚合物多孔膜（聚砜/PSU）基材上涂敷牺牲层（聚乙烯基吡咯烷酮/PVP），再在上面利用溅射法形成碳纳米分离膜，然后溶解涂敷层。这种方法制出的碳纳米分离膜比现有DLC膜柔软，而且经扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）的图像确认，成膜非常均匀。

　　信州大学还使用超级计算机模拟了氮掺杂量不同的非晶碳（a-C）的纳米结构模型。结果显示，随着氮掺杂量增加，氮气在各个部位形成团簇，导致膜内空隙减少，氮簇的极性化也会促进透水性和脱盐性的提高。

　　这项技术是日本科学技术振兴机构（JST）正在推进的创新中心（COI）项目“为世界的丰富生活环境和地球可持续发展作出贡献的水创新基地”的一环。是面向“构建充满活力的可持续发展社会”的愿景，以构建解决全球性缺水的革命性造水和水循环系统为目标，作为实现海水、采出水、盐水3种水源脱盐的关键技术而研发的。

　　相关研究成果已于4月1日在英国科学期刊《自然》（Nature）旗下的专业杂志《NPG Asia Materials》的电子版刊登，论文中的相关技术已申请了专利。