台灣過濾與分離學會年會電子報2021年第5期

產業新知

英國G2O Water Technologies公司的石墨烯基水過濾膜邁向商業應用

        2010年，諾貝爾物理獎頒給了曼徹斯特大學的蓋姆(A. K. Geim) 與諾沃謝洛夫(K. S. Novoselov)博士，表彰他們兩人在二維晶體石墨烯(graphene)材料物理的非凡成就，也開啟大量石墨烯研究與應用的濫觴。G2O水技術公司成立於2015年，長期與里茲大學的water @ leeds團隊合作研究奈米技術應用於水過濾領域，G2O的技術提供一種氧化石墨烯的膜，混合物可以通過該膜，達到快速、簡便且經濟高效的分離。

石墨烯基奈米材料的各種結構及其共價/非共價功能化示意圖

G2O公司的石墨烯塗層可應用於下列領域：

• 水與油分離：氧化石墨烯在膜表面產生納米級粗糙度，並且氧化石墨烯的特性意味著它在排斥油的同時會吸引水滴，進而捕獲並分離出水。例如在勘探和生產石油和天然氣過程中，必須將裡面所含的水份分離，水最多可以是油的10倍，所需分離成本相當高。藉由氧化石墨烯膜能夠提高油/水分離的效率，且大大減少膜的結垢或阻塞。
• 生活用水過濾：到2025年，全球將有20億人無法獲得安全飲用水或貧困，世界上一半的人口將生活在缺水地區（世衛組織報告，2016年11月）。水質差是一個嚴重的公共衛生問題，開發中國家80％的疾病是水傳播的，導致5歲以下的兒童中有五分之一死亡。即使在已開發國家，接觸農藥、抗生素和藥物以及重金屬（例如砷，鉛）仍然是一個重大問題。G2O的技術結合了低壓下的高通量和各種污染物的分離技術，同時改善耐污性，適用於家庭或社區淨水系統。
• 廢水處理：水處理產業主要使用膜生物反應器程序來過濾水，並且面臨著膜污染的持續問題，這既昂貴又導致頻繁的停機。氧化石墨烯膜技術可提供有效的廢水過濾和處理，具有顯著降低水處理廠運營成本，降低能源成本和資本支出的潛力，同時還可以提高膜的使用壽命近4倍之多。
• 個人護理和衛生：到2020年，全球估計有12億老年人。人口老齡化本身帶來了新的需求，且老年人越來越活躍，增加了對吸收性失禁產品的需求，例如內褲襯裡、一次性內衣和成人尿布。氧化石墨烯出色的液體流通和物理分子分離能力，透過減少導入時間和增加液體存儲能力以及分離引起惡臭的分子，提高可穿戴衛生產品的性能。
• 海水淡化：每天有超過3億人消耗超過8600萬立方米的淡化水。隨著缺水的增加，海水淡化行業的前景良好，對提供清潔安全的水的需求也日益增加。目前使用海水淡化的大約150個國家中，主要關注的問題是海淡水的生產非常耗能且價格昂貴，水成本的50％是能源成本。氧化石墨烯膜的優勢是產生相同量的水所需的能量比傳統膜要少。在需要清潔之前，可以處理更多的水，使脫鹽程序更有效。水在氧化石墨烯平面之間的優先傳輸能會排斥高鹽分。意味著海水淡化廠可以建造更小、更高效的機組，並提高向城市和偏遠地區供水的能力。

資料來源：

1. https://g2owatertech.com/
2. Ho Pan Bei,Yuhe Yang,Qiang Zhang,Yu Tian,Xiaoming Luo,Mo Yang, Xin Zhao, “Graphene-Based Nanocomposites for Neural Tissue Engineering”, Molecules 2019, 24(4), 658-672.
3. Yunhui Wang, Zhongjin He, Krishna M. Gupta, Qi Shi, Ruifeng Lu, “Molecular dynamics study on water desalination through functionalized nanoporous graphene”, Carbon 2017, 116, 120-127.

台灣過濾與分離學會 Taiwan Filtration and Separations Society