华东理工大学物理学院方海平教授团队的研究项目“固液微观界面动力学性质的理论研究及其应用”研发出一项落地成果——一款便携式海水淡化器。外形和尺寸类似保温杯的它,重量不到1公斤,可为落海者提供超过一周的淡水。
那么,这个“保温杯”淡化海水的奥秘是什么呢?其实原理很简单——它内部采用了特殊的氧化石墨烯膜,能够有效阻挡并过滤盐离子,同时允许水分子通过。然而,这一目标的实现要求将石墨烯的层间距控制在十分之一纳米的精度,这无疑是一个极具挑战性的课题。
方海平团队基于统计物理理论,认识到离子-π作用在水溶液中的重要性,并结合量子力学计算,开发了相应的计算软件,提出要利用离子精确控制石墨烯膜的层间距,以实现离子筛分和海水淡化。令人兴奋的是,实验成功验证了这一理论预言。
基于离子控制石墨烯膜的基础研究,团队成功研发出一款实用化的石墨烯复合海水淡化膜。根据装机实测的结果,该膜的水通量约为美国陶氏海水淡化膜水通量的15倍,是目前最先进的实用化海水淡化膜之一。