對飲用水以及灌溉用水不斷增長的需求，是本世紀最重大的挑戰之一。海水脫鹽是解決這一困擾的有效辦法，并已經在少數國家開始實施。然而，海水脫鹽技術目前并不成熟，效率低下，能耗偏高，不可持續。
圖1. 迪拜脫鹽裝置
有鑒于此，Nature Nanotechnology從不同方面，就碳納米孔膜如何構建更高效、更實用的脫鹽裝置進行了系統總結。
1. CNT/聚合物復合薄膜
焦耳熱確保CNT/聚合物復合薄膜可在高濃度離子環境中穩定工作，持續蒸餾脫鹽。
圖2.碳納米管/聚合物復合膜持續脫鹽原理
Alexander V. Dudchenko, David Jassby et al. Nature Nanotechnology 2017, 12, 557–563. Frequency-dependent stability of CNT Joule heaters in ionizable media and desalination processes.
http://www.nature.com/nnano/journal/v12/n6/full/nnano.2017.102.html
2. 石墨烯氧化物膜脫鹽
根據尺寸選擇效應，膨脹的氧化石墨烯膜中，水分子和離子都可以通過；然而，在壓縮的氧化石墨烯膜中，水分子可以通過，離子不能通過。
圖3. 氧化石墨烯膜中水分子和離子傳遞示意圖
Jijo Abraham, Rahul R. Nair et al. Tunable sieving of ions using graphene oxide membranes. Nature Nanotechnology 2017, 12, 546–550.
3. 長程有序石墨烯膜
通過冷凍澆注、冷凍干燥和熱退火工藝，得到碳纖維鏈接的長程有序的石墨烯納米片，據此構建蒸汽納米發電機，具有優異的水蒸發脫鹽效果。
圖4. 基于石墨烯的蒸汽納米發電機
Panpan Zhang, Liangti Qu et al. Vertically Aligned Graphene Sheets Membrane for Highly Efficient Solar Thermal Generation of Clean Water. ACS Nano, 2017, 11, 5087–5093.
4. 各種原子級超薄納米孔薄膜
石墨烯以及其他二維材料在納米尺度提供了新的質量傳遞路徑。這些材料具有納米尺度的孔道結構，高力學性能和化學修飾可控性，為膜分離領域帶來了新氣象。
圖5. 原子級超薄納米多孔膜的特征參數
Luda Wang, Rohit Karnik et al. Fundamental transport mechanisms, fabrication and potential applications of nanoporous atomically thin membranes. Nature Nanotechnology 2017, 12, 509–522 .
