随着对淡水需求的增加,海水淡化已经成为近年来获取淡水的一种重要方法。
反渗透(RO)是目前使用最广泛且成本最低的方法。
另一方面,反渗透过程的核心过滤膜仍然由40年前的薄膜复合(TFC)膜制成。
因此,制备具有改善的选择性和渗透性的过滤膜是该研究领域的长期目标,以提高海水淡化效率。
膜结垢、污染和退化是这些膜最常见的严重限制。
就实验而言,结合纳米颗粒的薄膜纳米复合材料(TFNC)膜的制备在脱盐领域呈现出显著的可能性。
由于纳米多孔石墨烯(NPGs)具有比目前可获得的RO膜材料高得多的渗透性,因此人们对利用石墨烯和氧化石墨烯生产过滤膜很感兴趣。
另一方面,NPGs的多孔性显著降低了机械质量和脱盐效率。
研究人员最近使用模拟计算来复制编织方法,将石墨烯和碳纳米管编织成新材料,由于其巨大的强度、韧性和流动性,这些材料被认为是航空航天领域的良好候选材料。
在这项研究中,作者讨论了将石墨烯条带编织成滤膜(GWFMs),可以显著提高机械性能。
分子动力学(MD)模拟用于计算GWFMs的流速、水通量、机械性能和脱盐率。
GWFMs用于两种纳米孔尺寸:0.8纳米和0.6纳米。
该团队使用MD模拟来评估石墨烯基编织过滤膜的脱盐潜力。
首先筛选GWFMs的合适纳米孔尺寸,然后彻底检查它们的水通量、水流参数、机械性能和脱盐性能。
研究人员使用编织密度来控制GWFMs中纳米孔的大小。
采用分子动力学模拟方法对不同压力下GWFMs的力学性能和水通量进行了计算和检验,并计算了Cl的自由能垒,Na+,和H2还评估了通过GWFMs的o,以分析GWFMs的脱盐性能。
GWFM-0.8 nm和GWFM-0.6 nm的极限应力分别为42.29 GPa和47.87 GPa,极限应变分别为27.07%和28.46%。
GWFMs的断裂强度约为66.9 MPa,是当前反渗透(RO)膜拉伸强度的近1000倍。
此外,孔隙率为79.9%和23.6%的npg的拉伸强度分别为34 GPa和8 GPa。
这项研究阐明了石墨烯条带编织成填料膜。
结果表明,GWFMs具有优异的过滤性能和机械性能。
这项工作不仅为今后利用纳米编织技术设计更好的海水淡化膜的研究铺平了道路,而且也为今后利用纳米编织技术设计合适的海水淡化膜的研究奠定了基础。
此外,这项研究的发现为利用纳米编织技术构建具有高水通量和拉伸强度的脱盐膜提供了广泛的基础。