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海水淡化是人类追求了几百年的梦想，但是海水淡化受技术和成本制约仍未得到广泛应用。全球海水淡化技术超过20余种，主要分为蒸馏法和膜法两大类。石墨烯因其独特的二维结构，是构筑高性能分离膜的理想材料，但由于现有技术手段难以将氧化石墨烯膜的层间距控制在十分之一纳米的尺度，加之石墨烯膜在水溶液中会发生溶胀导致分离性能严重衰减，石墨烯用于离子筛分和海水淡化仍面临着巨大挑战。
通过水合离子精密调控层间距的叠层（氧化）石墨烯膜，实现了盐溶液中水分子与不同离子的筛分。对于具有最小水合直径的钾离子，科研人员采用经过钾离子溶液浸泡的石墨烯膜阻止水合钾离子进入，有效截留盐溶液中包括钾离子本身在内的所有离子，同时还能保持水分子透过，使得盐离子和纯水分别在石墨烯膜的进料侧和渗透侧高效富集。
石墨烯由单层六边形晶体状的碳原子组成，延展性和导电性极好，是最受瞩目的未来世界新材料之一。但是，现有的生产方法（例如化学气相沉积法）不仅成本高昂，且产量很少，石墨烯筛网的批量生产和规模化应用几乎是一件遥不可及的事。奈尔博士的团队发布文章中，展示了如何透过使用氧化石墨烯来控制成本，进而解决这一难题。
联合国预计到 2025 年全世界 14% 的人将面临淡水资源缺少的问题。随着气候变化，城市水供应量将会不断下降。发达的现代国家纷纷加强海水淡化设备的研发。
石墨烯纯水设备运用到了草莓种植当中，不仅可以自动调节土壤酸碱度，及时补充草莓生长所需的微量元素，还能将自来水过滤为纯净水，这些喝纯净水长大的草莓都能达到有机食品标准。
灌溉用水是引进石墨烯纯水再经净化设备处理过的，草莓喝的水经过6层反渗透膜过滤，比人们喝的矿泉水洁净度都要高。
以色列、荷兰、日本、韩国等国先后在西红柿、盆栽蔬菜基、椰糠栽培番茄、空中草莓、无土栽培种中应用石墨烯净水纯水反渗透设备实现绿色、新颖、健康、无公害的特点，使得无土栽培成为农业的高端技术，也使无土栽培市场前景广大。
石墨烯海水淡化设备配备了光吸收率极高的二维纳米材料，光热转化效率可达90%以上。石墨烯海水淡化，淡水净化，通过氧化石墨烯新型光热材料、材料表面超亲水性设计，实现海水淡化系统光热水蒸发率85%，产品通过光热蒸发-冷凝的技术原理（光-蒸馏）淡化海水，可高效脱除海水中的盐分、重金属污染物、固体悬浮物和细菌等，产水水质高，且适用于海水、盐卤水、河水等多种水源。产品使用高强度的柔性薄膜材料生产，具有可充放气的结构，存储体积小，方便运输携带。便携式海水淡化设备可为出海渔民、远洋轮船船员、野外作业人员、户外旅行者、军队等提供淡水保障，是淡水供应短缺的情况下保障生命安全的一道坚固防线。
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