水覆蓋了地球的70%，所以我們很容易認(rèn)為它將永遠(yuǎn)是豐富的。然而，淡水是非常稀缺的。一種旨在幫助生產(chǎn)更多淡水的技術(shù)是海水淡化廠。水的脫鹽是將鹽從海水中去除，以產(chǎn)生可進(jìn)一步處理和安全使用的淡水的過程。一個(gè)海水淡化廠將其收到的水的大約一半轉(zhuǎn)化為可飲用水。
水資源匱乏是全球范圍內(nèi)一個(gè)日益嚴(yán)重的問題。僅在非洲，估計(jì)到2025年將有約2.3億人面臨缺水，多達(dá)4.6億人生活在水資源緊張的地區(qū)。2022年5月12日發(fā)表在《科學(xué)》上的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)了一種新的凈水方法，其速度甚至比基于碳納米管的實(shí)驗(yàn)性海水淡化裝置還要快2400倍。
盡管海水淡化是一種成熟的生產(chǎn)飲用水的方式，但它伴隨著高能源成本。 研究人員首次使用氟基納米結(jié)構(gòu)成功地過濾了水中的鹽。這些含氟納米通道比傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)更有效，因?yàn)樗鼈儾僮鞲欤褂玫膲毫Ω�，是一種更有效的過濾器，而且使用的能源更少。
如果你曾經(jīng)使用過不粘鐵氟龍涂層的煎鍋，你可能已經(jīng)看到濕的成分是如何毫不費(fèi)力地在煎鍋上滑動(dòng)的。氟是一種輕質(zhì)成分，具有內(nèi)在的防水性，或疏水性，是特富龍的一個(gè)重要組成部分。特富龍還可以通過在管道內(nèi)鋪設(shè)特富龍來提高水的流動(dòng)性。東京大學(xué)化學(xué)和生物技術(shù)系的Yoshimitsu Itoh副教授以及他的同事對(duì)這種行為感到好奇。因此，他們受到啟發(fā)，研究氟管道或通道如何在不同的規(guī)模上工作，即納米級(jí)。
研究人員通過化學(xué)方法制造納米氟環(huán)，將其疊加并植入原本無法穿透的脂質(zhì)層中，類似于細(xì)胞壁中的有機(jī)分子，從而開發(fā)出測(cè)試過濾膜。他們開發(fā)了多個(gè)測(cè)試樣品，納米環(huán)的大小從1到2納米不等。一根人類的頭發(fā)幾乎有100000納米寬。在測(cè)試膜的兩邊，Itoh和他的同事評(píng)估了氯離子的存在，氯離子是鹽的主要成分之一，以確定他們的膜的有效性。
測(cè)試通道中較小的通道完美地拒絕了進(jìn)入的鹽分子，較大的通道也仍然比其他脫鹽技術(shù)，甚至尖端的碳納米管過濾器有改進(jìn)，真正讓研究人員驚訝的是這個(gè)過程發(fā)生的速度有多快。樣品比典型的工業(yè)設(shè)備快幾千倍，比基于碳納米管的實(shí)驗(yàn)性脫鹽設(shè)備快2400倍左右。
由于氟是負(fù)電荷，它排斥負(fù)離子，如鹽中的氯。但這種負(fù)性的一個(gè)額外好處是，它還能分解所謂的水團(tuán)，基本上是松散結(jié)合的水分子組，以便它們更快地通過通道。
