垂直排列碳纳米管(VaCNT)膜可用于在高流速和低压下清洁或淡化水。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，以研究小孔隙中力的相互作用。

膜技术深入观察最小的孔隙

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，例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AndreaIrisSchäfer教授表示：“这种材料令人惊叹，具有直径为1.7至3.3纳米的小孔、近乎完美的圆柱形形状和小扭转。”“纳米管应该具有高度吸附作用，但摩擦力非常低。”目前，孔径太大而无法有效截留，而较小的孔径在技术上尚不可行。

力量的相互作用

在类固醇微污染物实验中，IAMT研究人员研究了为什么VaCNT膜是完美的水过滤器。他们使用了利弗莫尔(加利福尼亚州)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(即表面沉积)对于针对特殊物质的高选择性膜来说是理想的。

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，还取决于液壁界面处的流体动力、摩擦力以及吸引力和排斥力的相互作用。由于摩擦力小和流速高，高透水性纳米孔表现出低相互作用。

“当分子因其尺寸而未被保留时，与材料的相互作用通常将决定发生什么。分子将通过膜反弹，就像攀登者爬墙一样。当有许多良好的攀爬点时，这会容易得多，”谢弗解释道。IAMT进行的此类研究有助于专门设计孔隙几何形状和孔隙表面结构。

垂直排列的碳纳米管构成了研究纳米孔中力相互作用的理想膜。图片来源：IAMT、KIT

十年将想法变成实验

该膜由弗朗西斯科·福纳西耶罗(FrancescoFornasiero)博士和他在LLNL的团队开发。使用IAMT最新的分析仪器进行了微污染物实验并进行了评估。“我们花了大约10年的时间才将这个想法变成了一次成功的实验，并引起了膜技术界的广泛兴趣，”谢弗说。

生产这种近乎完美的膜极其困难。在几平方厘米的较大区域上，出现缺陷的可能性非常高。缺陷会影响结果。近年来，LLNL成功地在更大面积上生产膜。与此同时，IAMT研究人员建造了非常小的过滤系统进行实验，以将微量污染物保留在两平方厘米上。

“缩小规模是极其困难的。共同解决这个问题是一个巨大的成功，”谢弗说。“现在，我们正在等待孔径更小的膜的开发。”

该研究首次关注水动力、摩擦力以及吸引力和排斥力的相互作用。它提供了有关水处理的基本发现。这些可能有利于纳米孔控制的超滤和纳滤过程。