膜技术：深入观察最小的孔隙

垂直排列的碳纳米管（VaCNT）膜可用于在高流速和低压下清洁或脱盐水。最近，卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员和合作伙伴进行了类固醇激素吸附实验，以研究小孔中力的相互作用

他们发现具有特定孔几何形状和孔表面结构的VaCNT适合用作高选择性膜。他们的研究发表在《自然通讯》上

清洁的饮用水对全世界所有人都至关重要。膜用于有效去除微污染物，如对健康和环境有害的类固醇激素。一种非常有前途的膜材料是由垂直排列的碳纳米管（VaCNT）制成的

KIT先进膜技术研究所（IAMT）负责人Andrea Iris Schäfer教授表示：“这种材料非常神奇，具有1.7至3.3纳米直径的小孔、近乎完美的圆柱形形状和较小的扭力。”。“纳米管应该有很高的吸附效果，但只有很低的摩擦。”目前，孔隙太大，无法有效保持，但较小的孔隙在技术上还不可行

在使用类固醇微污染物的实验中，IAMT研究人员研究了为什么VaCNT膜是完美的滤水器。他们使用了位于利弗莫尔（加利福尼亚州）的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）生产的膜。研究结果：VaCNT的低吸附性，即沉积在表面上，对于靶向特殊物质的高选择性膜是可取的

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，还取决于流体动力、摩擦力以及液壁界面的吸引力和排斥力的相互作用。由于小摩擦和高流速，高透水性纳米孔表现出低相互作用

Schäfer解释道：“当分子因其大小而无法保留时，与材料的相互作用往往会决定会发生什么。分子会像攀爬者爬墙一样在膜中反弹。当有很多良好的攀爬支撑时，这会容易得多。”。像IAMT进行的研究有助于专门设计孔隙几何形状和孔隙表面结构

十年后，这个想法变成了一个实验

膜是由LLNL的Francesco Fornasiero博士和他的团队开发的。使用IAMT的最新分析仪器对微污染物进行了实验和评估。Schäfer说：“花了大约10年的时间，这个想法变成了一个成功的实验，引起了膜技术界的广泛兴趣。”

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，出现缺陷的概率非常高。缺陷会影响结果。近年来，LLNL成功地在更大的面积上生产了膜。与此同时，IAMT的研究人员为实验建造了非常小的过滤系统，以将微量污染物保留在两平方厘米的面积上

“缩小规模是非常困难的。共同管理这一点是一个巨大的成功，”Schäfer说。“现在，我们正在等待孔隙更小的膜的开发。”

这项研究首次关注流体动力、摩擦力以及吸引力和排斥力的相互作用。它提供了关于水处理的基本发现。这些可能有利于由纳米孔控制的超滤和纳滤过程