Ученые из Университета Брауна продемонстрировали новую многообещающую технологию очистки воды, которая использует преимущества крошечных промежутков в сложенных друг на друга листах графена, чтобы с высокой эффективностью отфильтровывать загрязнения. Эта технология решает одну из ключевых проблем в этой области исследований, и команда, стоящая за ней, надеется, что она может оказаться полезной в различных условиях.
Графен - это двумерный лист углерода толщиной всего в один атом, который обладает рядом очень полезных свойств. Среди них - способность действовать как инструмент для фильтрации воды, при этом материал может быть преобразован в мембраны, которые позволяют молекулам воды проходить, удерживая примеси в жидкости.
Это может включать извлечение соли из морской воды или очистку источников воды в густонаселенных районах, таких как Сиднейская гавань в Австралии. Команда Университета Брауна изучала, как можно улучшить эти типы технологий, и изучала, как можно по-разному манипулировать стопками графеновых листов для получения лучших результатов.
Когда эти графеновые листы накладываются друг на друга, между ними образуются наноканалы, которые можно использовать для фильтрации. Это означает, что вода может подаваться в стопки и течь через материал вдоль, а загрязнения отфильтровываются по мере продвижения. По мнению команды Университета Брауна, все было бы намного эффективнее, если бы воду можно было фильтровать в вертикальном направлении, и ей нужно было бы проходить только через толщину материала, а не по всей его длине.
Однако формирование необходимых наноканалов в вертикальной ориентации оказалось трудным. Исследователи нашли способ обойти это, сначала сложив листы графена на эластичную подложку, которая была растянута. Ослабление натяжения приводит к тому, что листы складываются в пики и впадины по мере сжатия подложки.
Иллюстрация с изображением нового фильтра для воды, разработанного в Университете Брауна. Фото: Brown University
Команда смогла сделать это таким образом, чтобы складки-морщины образовали почти вертикальные каналы, все это было покрыто эпоксидной смолой, а верхняя и нижняя части были обрезаны, чтобы каналы были открыты с обоих концов. При тестировании водяной пар мог легко проходить через вертикальные каналы, в то время как более крупная молекула, называемая гексаном, была успешно отфильтрована.
«В итоге мы получаем мембрану с короткими и очень узкими каналами, через которые могут проходить только очень маленькие молекулы», - говорит соавтор Роберт Хёрт. «Так, например, вода может проходить, но органические загрязнения или ионы некоторых металлов будут слишком большими, чтобы пройти через них. Так что вы можете их отфильтровать».
В настоящее время команда продолжает разрабатывать свой новый фильтр для воды и надеется, что однажды он найдет применение в быту и промышленности.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: New Atlas / Brown University
