"Сита" из оксида графена уже привлекали внимание учёных как многообещающий кандидат в материалы для фильтрации воды и разделения газовых смесей. Теперь же разработан долгожданный способ получения мембран, действительно пригодных для опреснения морской воды.
Результаты исследования, изложенные в статье журнала Nature Nanotechnology, показывают практическую применимость нового материала для получения пригодной для питья воды. Разработка британских инженеров потенциально может помочь миллионам людей на планете, ныне лишенным доступа к источникам чистой питьевой воды.
Изменение климата, как известно, ведёт к сокращению возможностей снабжения современных городов водой. По этой причине состоятельные государства в наши дни инвестируют в развитие технологий опреснения морской воды.
Группа учёных из Университета Манчестера разработала метод, позволяющий получить мембраны, способные отфильтровывать из воды наиболее распространённые соли.
Мембраны, ранее разработанные в Национальном графеновом институте Великобритании, показали способность этого чудо-материала отфильтровывать наночастицы малого размера, молекулы органических веществ и даже крупные ионы растворённых солей. Однако до сих пор подобные мембраны нельзя было использовать для того, чтобы отфильтровать соли, собственно делающие морскую воду солёной. Для этого необходимо было получить поры меньшего размера.
Это ранее показали исследования, также проведённые в Университете Манчестера, где графену с подачи Константина Новосёлова и Андрея Гейма уделяется особое внимание уже далеко не первый год. Оказалось, что при погружении мембраны из оксида графена в воду этот материал немного набухает, и при этом крупные ионы и некоторые молекулы задерживаются, а вот ионы малого размера, которые и требуется отфильтровать из морской воды, всё же проходят через поры.
Ныне группа учёных из Манчестера доработала такие мембраны и нашла способ, как предотвратить набухание. С помощью их разработки размер пор в мембранах теперь можно удерживать на постоянном уровне, что позволяет отфильтровывать соли морской воды, тем самым делая её пригодной для питья.
В растворах ионы солей окружены оболочкой из молекул воды. Именно из-за этой "шубы" соли застревают в тонких каналах оксидо-графеновых мембран, в то время как свободные молекулы воды проходят сквозь мембрану. Причем движение последних идёт с аномально высокой скоростью, что делает такие мембраны отлично подходящими для опреснения.
Профессор Рауль Нэр (Rahul Nair) и его коллеги из Университета Манчестера показали: если поместить по обе стороны графеновой мембраны "стенки" из эпоксидной смолы, это предотвращает расширение материала. При этом становится возможным ещё и контролировать размеры пор и заодно получать мембраны с заданными свойствами, например, способные отделять большее или меньшее количество солей.
Нэр собщает: "Создание мембран с порами, размер которых сопоставим с размерами атомов, однороден по площади мембраны и то, что поры можно делать нужного размера – это значимый шаг. Он открывает новые возможности для повышения эффективности технологий опреснения воды".
"Мы также показали, что можно применить разработанный метод для широкомасштабного производства мембран на основе графена с требуемым размером пор", — добавляет профессор.
"Разработанные мембраны пригодны не только для опреснения воды. То, что поры можно получать требуемого размера, открывает новые возможности по производству мембран, способных отфильтровывать нужные по размеру ионы", – поясняет Джиджо Абрахам (Jijo Abraham), один из соавторов проведённого исследования.
В материалах, сопутствующих статье в журнале Nature Nanotechnology, сотрудник Национальной Тихоокеанско-Северо-западной лаборатории в Ричлэнде, США, Рам Деванатан (Ram Devanathan) указывает, что для разработки технологии производства недорогих мембран на основе оксида графена в промышленных масштабах ещё потребуется потрудиться. Также нужно будет показать, что прочность подобных мембран не ухудшается в условиях постоянного контакта с морской водой и проверить их на устойчивость к загрязнению солями и биологическому обрастанию. Из-за последнего применяющиеся сейчас опреснительные установки приходится периодически чистить и заменять в них фильтры.
ООН прогнозирует, что к 2025 году недостаток воды будут испытывать 14% населения планеты. Новая технология может принести революционные перемены в процесс фильтрации воды по всему миру, особенно в странах, где нет возможности использовать дорогостоящие опреснительные установки в промышленных масштабах.
Ожидается, что мембраны на основе оксида графена можно будет применять в установках меньшего размера, чем те, что создаются на основе нынешних технологий. Кроме того, при тех же затратах можно было бы получать больше питьевой воды.
Ранее новосибирские учёные изобрели дешёвый способ получения чистой воды. Кроме того, была разработана новая система очистки воды на солнечной энергии.
