Дезалізація та очищення фільтра води

Для виготовлення фільтрів, які швидко очищають воду і зберігають свої властивості протягом тривалого часу, кількість вчених пропонується за допомогою графена. Цей тонкий, але міцний лист вуглецю може використовуватися, щоб зробити ультратонкі мембрани, які можуть швидко очистити великі обсяги води від забруднюючих речовин. Але одна значна перешкода стоїть на шляху широкого застосування таких високотехнологічних мембран - виготовлення мембран з листів графена товщиною всього одного шару атомів - це процес, який вимагає високої точності. Тонкий матеріал може зламатися, а через сформовані проміжки проникати забруднюючих речовин. Тепер інженери знайшли спосіб патчувати такі отвори. Фільтри для води широко використовуються в сучасному світі.

Унікальні властивості графена роблять її потенційно ідеальною мембраною для фільтрації та дезалізації води. Зараз інженери в Массачусетському технологічному інституті (МІТ), Національний лабораторій та університет ім. О.Файда (КФУПМ) знайшли спосіб патчувати отвори, заповнивши їх за допомогою комбінації хімічних засобів відкладення та полімеризації. Команда застосовувала раніше розроблений процес для створення крихітних пори однакової форми в матеріалі, що досить мало, щоб дозволити тільки воду, щоб пройти через них.

Поєднання цих двох технологій дозволило дослідникам розробити графенову мембрану без дефектів розміру невеликої монети. Розмір мембранних речовин. Після того, щоб використовуватися як фільтрувальна мембрана, ширина графена повинна вимірюватися в сантиметрах, принаймні.

Під час експерименту дослідники провели воду через мембрану графена, яка була попередньо оброблена, усунення дефектів і формування пори. І прийшов до висновку, що вода відповідає нормам, характерним для в даний час використовуються мембрани делавації. Графен здатний фільтрувати більші молекули забруднюючих речовин, включаючи сульфат магнію та декстрану.

МІТ доцент Роіт Карнік зазначив, що результати команди були опубліковані в журналі Nano Letters і відображають перші успіхи в патчуванні отворів в графені:

Ми можемо виключити дефекти принаймні на лабораторній вагі, щоб здійснити молекулярну фільтрацію через поверхню макроскопічної графену, яка раніше неможливе. Якщо ми краще контролюємо процес, нам не потрібно зафіксувати дефекти в майбутньому. Але я думаю, що це дуже малоймовірно, що ми коли-небудь маємо чудовий графен - це завжди буде необхідність управління витоками. Ці два приклади як забезпечити фільтрацію. Перший автор статті – лабораторій Sean O’Hern, випускник інституту. Автор: аспірант Доохоон Ян, колишній аспірант Суман Боз та професор Jing Kong.

Син О'Герн розшифровує особливості технологічного процесу:

Витримує види мембран, здатних виробляти свіжу воду з солі, досить товсті, близько 200 нанометрів [у товщину]. Перевага графенової мембрани полягає в тому, що замість того, щоб бути сотнями нанометрів товстою, вона буде близько трьох анстромів (похил-мільйони сантиметра) – 600 разів тонше, ніж наявні мембрани. Це дозволить вам мати підвищену швидкість потоку в одній області. О’Герн і Карнік досліджують потенціал графену як фільтрувального мембранного матеріалу протягом декількох останніх років. У 2009 році команда почала виробляти мембрани з графену, виготовлених з міді, металу, що підтримує зростання графена порівняно великої площі. Після того, щоб виростити графен, потрібно підставу - наприклад, срібло. Звичайно, мідь є водонепроникним, і вчені в процесі виробництва необхідно перенести графен на пористу основу.

Звісно, O'Ghern зазначив, що цей процес перенесення може створювати перерви в графені. Крім того, він також спостерігав дефекти, що виникають при вирощуванні. Вони, ймовірно, були викликані забрудненням у вихідному матеріалі.

По-перше, команда науковців усунула менше значних дефектів, які виникли під час вирощування графена. Тоді прийшов час для більш значущих зазорів, які виникнуть під час передачі. Для дефектів в процесі вирощування науковці застосовано процес «атомічне розкладання шарів» шляхом розміщення графенової мембрани в вакуумному контейнері, а потім направляючи імпульси в гафнієво-зберігаючі хімічні сполуки, які зазвичай не взаємодіють з графеном. Якщо хімічна сполука надходить в контакт з невеликим отвором в графені, вона намагатиметься закрити отвір, привертаючи енергію на поверхні.

Команда дослідників провела кілька циклів розкладання атомного шару, знаходячись, що преципітуюче оксида гафнію вдало заповнюється незначними отворами, що утворюються при процесі вирощування графена. Звичайно, O'Ghern зрозумів, що використання цього процесу для заповнення більш широких отворів і зазорів – сотні нанометрів широка – займе набагато довше.

А замість того, він і його колеги підходили до проблеми з другою технологією, призначеною для заповнення більш широкого дефекту. Цей процес називається «інтерфаціальна полімеризація» і часто використовується в синтезі мембрани. Після початкових дефектів в графені були заповнені, дослідники занурюють мембрану в міжлицеву межу двох сполук - водяну баню і органічний розчинник, який, як масло, не змішується з водою.

У двох сполуках дослідники розчинили два різних типи молекул, які реагують на форму нейлону. Коли О'Герн помістив графенову мембрану на фазі межи двох розчинів, він спостерігав, що нейлонові підкладки, що утворюються тільки на перервах і отворах - ділянках, де два типи молекул можуть входити в контакт, так як на ділянках розбиття графен стає проникним. В результаті щілини були ефективно патчовані.

Використовуючи технології, дослідники розвивалися минулого року, вони зробили невеликі, однорідні отвори в графені, які досить мало, щоб дозволити молекулам води, щоб пройти через них, не проходячи через великі забруднювачі. Під час експерименту команда дослідників перевірила мембрану. Через неї пропущена вода з домішками декількох інших молекул, включаючи сіль. Вчені виявили, що мембрана відштовхується до 90% великих молекул. Звісно, соляні подорожі вищою ставкою, ніж вода.

Передчасне тестування показує, що графен може стати вімковою альтернативою в даний час діючих фільтруючих мембран. У той же час Карнік зауважив, що технології усунення дефектів та контролю за працездатністю потребують подальшого вдосконалення:

Віддалення і нанофільтрація води є значними додатками, і якщо ця технологія розроблена і може витримати різні проблеми тестування в реальному світі, це може мати великий вплив. Але можна також уявити додатки для процесу, що біологічно і хімічно красиво, коли ці мембрани готові до використання. І це лише перший звіт центіметрової мембрани графена, який можна використовувати для різних задач молекулярної фільтрації. Це надихає. Графен призначений для використання в основному в високих технологіях. У сонячних панелях вони можуть замінити платину. Зараз вчені знайшли цей чудовий матеріал ще один важливий додаток для людства.

Як, на вашу думку, може змінити технологію очищення та десалації води, якщо процес виробництва графенових мембран буде максимально простим?



P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!

Джерело: hi-news.ru