- Подробности
-
Создано 17.03.2014 08:42
-
Обновлено 17.03.2014 02:05
Новый метод, разработанный в Массачусетском технологическом институте (США) позволяет создавать высокоселективные фильтрующие материалы и может привести к повышению эффективности технологий опреснения. В проекте также участвовали специалисты Национальной лаборатории в Окридже (США) и ученые из Саудовской Аравии. Большим недостатком существующих опреснительных установок, в которых используется нанофильтрация и обратный осмос, является их низкая проницаемость. Вода течет через них слишком медленно. Для повышения производительности мембраны должны демонстрировать высокий процент задержки солей при высоком расходе воды. Один из возможных вариантов решения проблемы — уменьшение толщины мембраны. Но чересчур тонкая мембрана из полимера не способна выдержать высокое давление воды.
Фильтры на основе графена намного тоньше, и при этом значительно прочнее полимеров, и они могут выдержать более суровые нагрузки. Концепция использования графена, перфорированного наноразмерными порами, в качестве опресняющего фильтра, была предложена и проанализирована в предыдущих исследованиях ученых МИТ. Компьютерное моделирование, проведенное под руководством аспиранта Дэвида Коэна, показало, что проницаемость графеновых фильтров может быть в 50 раз больше, чем у обычных мембран. Но производство таких фильтров с регулируемыми размерами пор считалось слишком сложной задачей. Новая работа, проведенная командой под руководством аспиранта Шона О'Герна и адъюнкт-профессора Рохита Карника, привела к решению этой задачи.
Как поясняет г-н О'Герн, создание фильтра происходит в два этапа. На первом этапе одноатомный слой графена, гексогональная решетка из атомов углерода, бомбардируется ионами галлия с высокой энергией. Это приводит к нарушению углеродных связей, в структуре графена появляются дефекты, и эти дефекты обладают большей химической активностью, чем неповрежденные участки. Затем лист графена помещается в ёмкость с раствором окислителя, который преимущественно воздействует на дефектные зоны и разъедает отверстия одинакового размера. Контролируя срок контакта графена с окислителем, можно регулировать размер пор.
Ученым удалось получить мембраны, в которых количество пор на квадратный сантиметр достигает 5 000 000 000 000. По словам г-на О'Герна, расширение возможностей процесса для получения больших перфорированных листов графена потребует дальнейших исследований. Как отмечает профессор Карник, такие мембраны, в зависимости от размера пор, могут найти применение в самых разных областях. И если для опреснения и нанофильтрации, действительно, потребуются крупные листы, то для селективной фильтрации молекул могут использоваться и крошечные фильтры, которые уже удалось получить.
Источник: Инноком
