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麻省理工学院反渗透膜技术净化水质作为“黑马”路演
《宁波日报》记者 杨绪忠 / 时间:2015-09-22 10:40:50

  据宁波网2015年9月21日讯 “反渗透膜技术净化水质、用于可穿戴设备和非侵入医疗监测的纳米传感器、可回收热固型树脂新材料……”波士顿时间9月19日下午,在麻省理工学院E25楼的一号阶梯教室,15个新材料“黑马”项目路演轮流展开,评委火辣而不失风趣的点评不时让现场传出笑声。
  在参赛现场,一个名为过氧系统的项目引得评委的一致好评。“这是专注于双氧水生产的一种新工艺,其特点是采用高效点解的工艺生产双氧水,只消耗空气、电和少量水,为完全绿色无污染的工艺,而且生产规模可灵活调控,易于推广。”田纳西州立大学化工博士戚鸣先容,在耗电量小、没有运输储存成本的情况下,该项工艺生产双氧水的成本比传统方式低50%以上。而双氧水的每年产值在30亿美金,预计在生产成本降低的情况下,2020年会逐渐取代含氯类氧化剂达到50亿美金的产值。
  “大家希翼融资200万美金,帮助大家完成商业规模的产品原型建设和在顾客场地内的试运营。”戚鸣表示。最终,评委给出了这个项目最高分,有投资机构当场即表示出投资意愿。
  80后的孙海定是宁波奉化人,去年从波士顿大学电子工程系毕业获博士学位后开始了自己的创业。他带来的项目是基于多晶硅材料的太阳能设备融资租赁项目,该设备通过互联网平台推广,为家庭太阳能发电提供大家自主研发的发电设备。“这样,用户不再需要向电力部门买电,而通过租赁的方式,其租金比缴纳电费要便宜40%。这将大大提高节能减排的效果,大家预计在光照比较强的地区有巨大的市场潜力。”孙海定先容,但遗憾的是,这个项目由于商业模式不够清晰,评委们争议较大而没有入围。“虽然没能晋级决赛,但大家仍希翼能完成400万美金的A轮融资,以帮助建设在墨西哥的生产基地。”孙海定对他的项目显得信心十足。
  会上,宁波新材料科技城的“名片”对参赛项目具有较强的吸引力。为了不错过本场比赛,有的选手特意通过WEBEX远程路演的方式参赛。不少选手对项目到宁波去落户表示出浓厚的兴趣。“宁波是块创业的热土,我已多次与宁波方面沟通,希翼将我的可回收热固型树脂新材料项目带到宁波生根结果。”在美国创业近20年的梁波博士先容,该项目在全球首创可降解固化技术,已成功申请15项国内外发明专利。
  “在美国,新材料技术被称作‘发明之母’和‘产业粮食’。随着现代科学技术史的不断更新,大家越来越认识到,新材料是最具推动力的共性基础技术,甚至每一项重大科技的突破都依赖于相应的新材料发展。”宁波国家高新区新材料科技城管委会主任张南芬先容,正是在这个认知的驱使下,2013年8月,宁波正式启动“新材料科技城”建设计划,打出“新材料产业看宁波,搞新材料来宁波”的品牌,立志打造国际一流的新材料创新发展中心,通过技术创新体系、服务平台体系及创业孵化体系的整合来推进中国基础性产业的改革升级。
  麻省理工学院电子工程与计算机系终身教授孔敬在会上表示:“保持技术的领先优势,坚持不断创新的理念,再通过市场化的运作,是一个地区成功建成创业集群的基础,在这方面,无论宁波还是波士顿均大有可为。”
  全球新材料黑马大赛由宁波新材料科技城和《创业家》传媒共同举办,浙江赛创未来投资管理有限企业承办。据悉,对于本场参赛的项目,评委们将择日复议,从五个优胜奖的项目中遴选出三个晋级下月在宁波举办的决赛。
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  麻省理工学院反渗透膜技术净化水质
  据浙江省浙商研究会网2015年7月21日讯 “2015美国麻省理工创新创业论坛(MIT-CHIEF)中国行”于8月20日在杭州市滨江区六和路368号海创基地北楼举行。麻省理工学院中国创新与创业论坛(简称:MIT-CHIEF)致力于促进中美之间科技创新与创业的交流与合作。论坛2011年成立于被称为全球创新风向标的波士顿。自成立以来,MIT-CHIEF在麻省理工学院成功举办了四届中国创新与创业论坛及商业计划大赛(Pitch to China),已经成为北美东岸针对中美高新技术项目交流的最大和最具影响力的商业计划大赛,为业界以及学术界共同探讨中国在技术发展及创新创业等一系列领域的现状和发展方向提供了交流平台,为国内创业土壤及金融资本与在美项目和创业团队之间架起一座沟通与合作的桥梁。
  此次,MIT-CHIEF组委会历经4年多的丰富积累,从美国创业项目数据库中的数百个项目中经过反复比较筛选和专家意见评审,精心选取了网络信息技术、新能源科技、健康医疗、金融技术等领域的20个最具投资价值的项目回国路演。其中,在新能源科技类中就有:
  11、Anfiro:应用于解决全球淡水短缺问题的自组装聚合物和反渗透膜技术



  另据水信息网2012年12月10日讯 美国麻省理工学院(MIT)的研究人员已经设计了一种新的海水淡化系统。该系统利用太阳能推动海水穿过半透膜,该膜能够去除盐和其它矿物质。该移动式系统是世界上受到灾害破坏而无法获取洁净水的地区的理想选择。
  麻省理工地面与空间机器人实验室设计的该系统可以在危急中迅速部署,例如在遭受毁灭性地震的海地。地震后,许多人无法获得可饮用淡水,而且许多人遭受脱水的痛苦。海地作为一个岛国,周围被海洋所包围,海水资源本能够阻止上述遭遇的发生。
  海水淡化的概念不是什么新鲜事。大多数海水淡化厂都是大型水厂,能够生产大量的水,但是同样也需要消耗大量的电力。麻省理工设计的产品所不同的是移动的和自给自足的。由于它有太阳能电池板,因此无需外部电源。该设备的原型每天能够生产80加仑水,但是他们估计一台更大的版本得设备能够提供1000加仑/天。
  机械工程师的Steven Dubowsky教授和他的学生估计美军的一架C-130运输机一次就能够运输24台更大的海水淡化设备。该数量的设备能够每天提供24000加仑水,足够维持10000人生活。
  该系统的设计符合成本效益。它是由聚氯乙烯(PVC)管和基本的电子元件等标准件组成。它能够由当地人进行组装和运行,不需要进行先进的技术培训。该装置能够在复杂的气候条件下有效运行。装置中安装了与电脑相连的传感器,如果天气变成多云能够改变某些参数。例如,计算机能够调整到泵或阀的电流,以确保系统能够一直生产水。
  该系统依靠反渗透技术,这是一种海水流过渗透膜表面时利用水压去除像盐这样的粒子的过滤方式。太阳能电池板提供电流驱动泵给装有膜的容器加压。因为高压,水能够穿过膜而盐和其它矿物质则被去除,使得水可以安全使用。
  世界最贫穷地区随着人口增长,人们获取淡水将变得越来越困难。如果这些地区遭受自然灾害的袭击,获取淡水将彻底不可能。一个能够被任何人操作的简单系统,例如麻省理工设计的装置,能够通过这个星球最丰富的资源——海水生产淡水,可能至关重要。



  另据中国碳谷网2013年8月1日讯 尽管海洋和海洋含有大约97%的地球的水,但是,目前世界上却只有百分之一的饮用水供应来自淡化后的海水。为了提升大家使用海水的使用,海水淡化技术必须变得更节能和更经济,且符合可持续的发展需要。在一项新的研究中,来自麻省理工学院的两个材料科学家已经显示在模拟的纳米多孔石墨烯上,证明其在过滤海水中的盐的速度比今天的最佳商业海水淡化技术速度快到2~3个数量级。研究人员预测,石墨烯优越的水渗透性可能极大提高海水淡化技术,能否找到比使用反渗透更少成本、更少能源和更小模块的技术将取决于未来石墨烯制备方法的改进。
  麻省理工学院科学家,大卫Cohen-Tanugi和杰弗里·C·格罗斯曼在最近一期的《纳米快报》上发表了在利用单层纳米多孔石墨烯海水淡化上的研究工作。
  “这项工作表明通过发明更有效的和有针对性的膜材料可以避免目前海水淡化技术的一些缺点“格罗斯曼说。“特别是,量身定制的纳米结构技术膜可以通过渗透过滤对其中流动的水进行全盐抑制,从而出现比反渗透更高的渗透率”。
  这也不是研究者们第一次调查纳米多孔材料在海水淡化工程上的应用。反渗透使用高压慢慢推动水分子(但不是盐离子)通过一个多孔膜,而在纳米多孔材料的使用上面,其过程只需极小的压力和良好的渠道,两者相比之下,纳米多孔材料的使用可以使过滤海水速度远超反渗透膜。


当水分子(红色和白色)和钠离子和氯离子(绿色和紫色)在盐水,在右边,遇到的石墨烯(淡蓝色,中心)穿孔洞的大小适中的,水通过(左边),但钠和氯盐被屏蔽的。图片来源:大卫Cohen-Tanugi

当水分子(红色和白色)和钠离子和氯离子(绿色和紫色)在盐水,

在右边,遇到的石墨烯(淡蓝色,中心)穿孔洞的大小适中的,

水通过(左边),但钠和氯盐被屏蔽的。图片来源:大卫Cohen-Tanugi


  然而,这是科学家们首次探讨了纳米多孔石墨烯作为过滤海水淡化领域的潜在作用。单层石墨烯,它仅有一个碳原子厚度,是最终的薄膜,其高效的海水淡化功能正是利用了其高效的通水量和超薄的透水膜厚度成反比的原理。


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(左上)氢化和(右上)羟化石墨烯的毛孔。(底部)的侧面视图,

模拟纳米多孔石墨烯过滤盐离子,生产饮用水。

图片来源:Cohen-Tanugi和格罗斯曼(2012年美国化学学会)


  使用经典分子动力学模拟,Cohen-Tanugi和格罗斯曼检查了纳米多孔石墨烯具有不同孔隙直径(1.5至62 A2)和孔隙化学的透水性。作为先前的实验证明,引入石墨烯纳米孔可以通过各种方法,包括氦离子光束钻井和化学腐蚀。在模拟中,科学家们通过增强钝化或屏蔽纳米孔,使每个碳原子、氢原子或羟基处在孔隙边。


水渗透海水淡化技术的不同。石墨烯纳米孔可以拒绝盐离子,水渗透率2~3数量级高于商业反渗透(RO)技术。图片来源:Cohen-Tanugi和格罗斯曼(2012年美国化学学会)

水渗透海水淡化技术的不同。石墨烯纳米孔可以拒绝盐离子,

水渗透率2~3数量级高于商业反渗透(RO)技术。

图片来源:Cohen-Tanugi和格罗斯曼(2012年美国化学学会)


  “因为这些碳原子在孔隙边缘无钝化而相当被动,在一种方式或另一个现实的实验条件下,他们可能会存在某种形式的化学功能性,”格罗斯曼说。“这在某种程度上是可控的,所以大家想探究疏水性和亲水性这两个化学边缘的限制空间。如果大家没有官能团(只是裸碳),然而在很短的时间内,水分子会游离在孔隙边缘或者与那些碳进行氢化合或羟化。”
  科学家比较了两个化学反应,以及不同的孔隙大小对海水过滤产生的不同结果。他们发现,尽管最大的纳米孔具有最高的滤水率,但大的纳米孔会允许一些盐离子通过。在模拟识别过程中,他们获得一个中间范围的纳米孔的直径,这个直径的尺寸在确保水分子的通过的同时,起到限制盐离子通过的目的。
  仿真结果也表明,科学家的实验大大提高了羟化石墨烯水渗透率以及亲水性羟基的属性性质。亲水性基团允许水分子有更多的氢键构型,这种缺乏限制增加了水通量。
  总的来说,结果表明,理论上纳米多孔石墨烯具有比反渗透膜更好的透水性。高通量反渗透有透水性零点几个百分点,仿真结果表明,纳米多孔石墨烯水渗透率范围从39到66,表现出全盐抑制(23.1 A2氢化毛孔和16.3 A2 羟化毛孔)。石墨烯最大的羟化毛孔达到129,但允许一些通道的盐离子。
  科学家们说明说,目前使用纳米多孔石墨烯进行脱盐,面临着两个方面的挑战。一个是虽然实验证明此方法可行,但大家也面临着实现孔径分布窄这样的事实;另一个挑战是机械稳定性在外加压力方面,反渗透材料的开发应用。
  “大家正在寻找一个对海水淡化膜和去污的工程应用的潜在的新方法。”格罗斯曼说。“就实验而言,大家目前正在制作的纳米多孔膜其脱盐性能将在未来几个月内得以应用。”

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