导语
面对日益严重的水污染问题，科学家们终于找到了一种革命性解决方案。近日，意大利国家研究委员会（CNR）与医疗科技公司Medica联合研发的石墨烯基滤芯（Graphisulfone®）正式亮相国际展会，这项技术不仅能高效去除水中新兴污染物，还能定制化应对不同污染需求，或将改写全球饮用水净化行业格局。
挑战：传统技术难敌“永久化学品”
每年，数以万计的新化学物质被释放到环境中，其中全氟烷基物质（PFAS）等“永久化学品”因极强的化学稳定性，几乎无法被现有技术降解。2021年一项跨国研究发现，全球多地饮用水中检测到58种目标污染物，平均去除率仅为65%。传统活性炭（GAC）和反渗透（RO）技术虽有效，但存在能耗高、成本昂贵、废水率高等缺陷。
突破：石墨烯滤芯的“吸附+过滤”双杀技
研究团队另辟蹊径，利用氧化石墨烯（GO）独特的表面化学特性——兼具芳香族平面结构（吸附有机物）和含氧缺陷区（捕获重金属离子），开发出新型复合滤芯。实验表明，仅含3.5% GO的滤芯即可高效去除铅、铜、PFAS等污染物，性能甚至超越传统活性炭。
更关键的是，该技术成功实现了工业化生产：2024年，Medica建成半工业化生产线，年产能达20万公里中空纤维滤芯，并通过欧盟石墨烯旗舰项目的资金支持，将实验室成果快速推向市场。
图1:用于水过滤器的工业聚砜polysulfone，PSU中空纤维，装载有增加量的氧化石墨烯graphene oxide，GO。
图2 为生产聚砜PSU氧化石墨烯GO中空纤维而创建的纺丝生产线的照片（左），不同型号以及项目期间开发的水过滤器的尺寸（中）和纤维截面的电子显微镜图像（右）。
图3:具有石墨烯典型结构的原图，背景是聚砜PSU-氧化石墨烯GO中空纤维的电子显微镜图像。
优势：低成本、高兼容、零泄漏
- 成本可控：滤芯价格仅比传统产品高20-25%，但能精准靶向污染物。
- 即插即用：兼容现有滤芯生产线，无需大规模改造设备。
- 安全无忧：经拉曼光谱检测，使用中无纳米材料泄漏风险。
未来：定制化净水与再生技术
2025年3月，Graphisulfone®滤芯在阿姆斯特丹国际水展上引发关注。团队下一步将攻克两大挑战：
- 滤芯再生：开发废弃滤芯的循环利用技术，减少资源浪费。
- 按需定制：通过化学修饰GO表面，实现“量身定制”的污染物识别功能。
专家观点
“这项技术证明了基础科学如何快速转化为现实应用。石墨烯不仅停留在实验室，它正在解决人类最紧迫的环境问题。”——项目负责人Manuela Melucci（意大利国家研究委员会）
结语
从实验室到千家万户，Graphisulfone®滤芯的诞生标志着净水技术迈入新时代。面对日益复杂的水污染挑战，科学创新再次为人类健康与可持续发展提供了关键答案。
文献链接
Melucci, M., Bocchi, L., Zambianchi, M.et al.Graphene-based filters for customized drinking water purification.Nat Water(2025).
https://doi.org/10.1038/s44221-025-00427-6
本文译自Nature。
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