创新背景

水资源短缺是世界各地共同面临的日益严重的问题。海水淡化是生产饮用水的既定方法，但能源成本巨大。

创新过程

氟是一种天然防水或疏水的轻质元素。聚四氟乙烯抗酸抗碱、抗各种有机溶剂，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，摩擦系数极低，可作润滑，是不沾锅和水管内层的理想涂料。

东京大学化学与生物技术系副教授Yoshimitsu Itoh及其团队注意到聚四氟乙烯的特性，探索由氟制成的管道或通道如何在非常不同的尺度上运行，尤其是纳米尺度。

研究为了明确氟纳米通道在选择性过滤不同化合物（特别是水和盐）方面的有效性，在运行了一些复杂的计算机模拟之后，创建了一份工作样本。目前有两种主要方法可以淡化海水，一是利用热量蒸发海水，使其凝结为纯净水；二是通过反渗透，利用压力迫使水通过阻挡盐的膜。这两种方法都需要大量的能量，但测试表明，氟纳米通道只需要很少的能量，并且还有其他好处。

团队通过化学合成纳米级氟环来创建测试过滤膜，这些氟环堆叠并嵌入在其他不可渗透的脂质层中，类似于构成细胞壁的有机分子。他们创建了几个纳米环在大约1到2纳米之间的测试样品。作为参考，人类头发几乎是 100，000 纳米宽。为了测试膜的有效性，研究小组测量了氯离子的存在，氯离子是盐的主要成分之一，处于测试膜的两侧。

较小的测试通道完美地拒绝了进入的盐分子，较大的通道仍然是其他海水淡化技术甚至尖端碳纳米管过滤器下一步需要改进的方向。样品过滤海水的整个过程发生速度比典型的工业设备快几千倍，比实验性基于碳纳米管的海水淡化设备快约2400倍，证明使用氟基纳米结构成功地从水中过滤盐。与目前的脱盐方法相比，含氟纳米通道工作速度更快，所需要压力和能量也更少，是一种更有效的过滤器。

由于氟是负电的，可以排斥负离子，例如盐中的氯。它还可以分解所谓的水团，即松散结合的水分子组，使它们更快地通过通道。膜的使用寿命和低运营成本将使整体能源成本远低于现有的方法，测试样品只是单个纳米通道，研究团队希望能够扩大规模，创建一个大约1米宽的膜。合成材料的方式本身就相对耗能，研究下一步将逐渐改进。

创新关键点

利用氟的疏水性开发含氟基纳米结构，纳米通道静电负氟内表面提供的强大静电屏障显示出强大的盐过滤性。

创新价值

利用氟的特性探索新的海水淡化技术，类似的膜在未来或许可以被用于减少工业释放的二氧化碳或其他不良废物。