日本开发出具有高脱盐性能的碳纳米膜


来源:日经BP社

[导读]  日前,日本信州大学宣布,他们利用新的成膜方法(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%。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。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。
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。
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