膜技术：深入观察最小的毛孔

　　垂直排列的碳纳米管(VaCNT)膜可以用于高流量和低压力下的清洁或脱盐水。最近，卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员及其合作伙伴进行了类固醇激素吸附实验，以研究小孔隙中作用力的相互作用。

　　他们发现，具有特定孔隙几何形状和孔隙表面结构的VaCNT适合用作高选择性膜。他们的研究发表在《自然通讯》杂志上。

　　清洁的饮用水对全世界所有人都至关重要。膜被用来有效地去除微污染物，如对健康和环境有害的类固醇激素。垂直排列的碳纳米管(VaCNT)是一种非常有前途的膜材料。

　　KIT先进膜技术研究所(IAMT)负责人安德里亚·艾瑞斯(Andrea Iris)教授Sch?fer说:“这种材料令人惊叹——直径为1.7到3.3纳米的小孔，近乎完美的圆柱形，而且扭转很小。”“纳米管应该具有高度的吸附效果，但只有非常低的摩擦。”目前，孔隙太大而无法有效保留，但更小的孔隙在技术上尚不可行。

　　在类固醇微污染物的实验中，IAMT的研究人员研究了为什么VaCNT膜是完美的水过滤器。他们使用了加州利弗莫尔劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)生产的膜。研究发现:VaCNT的低吸附，即在表面沉积，对于针对特殊物质的高选择性膜是理想的。

　　研究表明，膜纳米孔中的吸附不仅取决于吸附表面和有限的传质，还取决于液壁界面的水动力、摩擦力和吸力和斥力的相互作用。高透水性纳米孔由于摩擦力小，流速大，相互作用小。

　　“当分子由于其大小而没有被保留时，与材料的相互作用通常会决定发生什么。分子会穿过膜反弹，就像登山者爬墙一样。当有很多好的攀爬点时，这就容易多了，”Sch?fer解释道。IAMT进行的类似研究有助于具体设计孔隙几何形状和孔隙表面结构。

　　用了十年时间把这个想法变成实验

　　这种膜是由LLNL的Francesco Fornasiero博士和他的团队开发的。利用IAMT最新的分析仪器对微污染物进行了实验和评价。“把这个想法变成一个成功的实验花了大约10年的时间，已经满足了膜技术社区的广泛兴趣，”Sch?fer说。

　　生产这种近乎完美的膜是极其困难的。在一些平方厘米的较大面积上，出现缺陷的可能性非常高。缺陷会影响结果。近年来，LLNL成功地在更大的面积上生产膜。与此同时，IAMT的研究人员为实验建造了非常小的过滤系统，以保留两平方厘米的痕量污染物。

　　“缩减规模非常困难。我们一起管理这一切是一个巨大的成功，”Sch?fer说。“现在，我们正在等待具有更小孔隙的膜的开发。”

　　这项研究首次关注了流体动力、摩擦力、引力和排斥力之间的相互作用。它提供了关于水处理的基本发现。这可能有利于纳米孔控制的超滤和纳滤过程。