روشی جدید و بهتر برای شیرین کردن آب کشف شد

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، تیمی به رهبری دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله (KAUST) نشان داده است که چگونه غشا‌های سفارشی مبتنی بر پلیمر‌های فوق نازک می‌توانند نمک را از آب نمک و آب دریا حذف کنند و جایگزینی بالقوه برای سیستم‌های نمک زدایی فعلی ارائه دهند.

یو هان، سرپرست این مطالعه، می‌گوید: غشا‌های نمک زدایی آب باید به طور همزمان شار آب و دفع نمک بالایی را از خود نشان دهند. نانومواد کربنی مانند نانولوله‌های کربنی و گرافن، به دلیل شیمی سطحی منحصربه‌فرد و تمایل به انباشته شدن در کانال‌هایی با قطر کمتر از یک نانومتر، با این نیاز‌ها مطابقت دارند. با این حال، چالش‌های تراز و انباشته کانال مانع از استفاده در مقیاس بزرگ آن‌ها در غشا‌ها می‌شود.

محققان KAUST یک غشاء (تصویر بالا) با عملکرد عالی نمک‌زدایی آب در پیکربندی‌های اسمز رو به جلو و معکوس ایجاد کرده‌اند.

جی شن، نویسنده اول، فوق دکترای گروه هان می‌گوید: یکی از راه‌های رفع این محدودیت‌ها از طریق غشا‌های کربنی متخلخل دوبعدی با کانال‌های حمل‌ونقل مولکولی به اندازه زیر نانومتری منظم و یکنواخت است. با این حال، این غشا‌ها معمولاً در محلول سنتز می‌شوند که باعث رشد تصادفی یک ساختار سه بعدی نامنظم با ریز منافذ ضعیف می‌شود.

با استفاده از رسوب شیمیایی بخار، یو هان، وینسنت تونگ، اینگو پیناو و لنس لی، محقق سابق KAUST که اکنون وابسته به دانشگاه هنگ کنگ است، تکنیکی را توسعه داده اند که به کنترل رشد چارچوب‌های پلیمری مزدوج دو بعدی کمک می‌کند. به فیلم‌های کربنی فوق نازک تبدیل می‌شود.

دانشمند محقق، Yichen Cai و تیم اکنون در حال کار بر روی بهبود خاصیت ضد رسوب، استحکام مکانیکی و پایداری شیمیایی طولانی مدت غشا برای کاربرد‌های عملی آینده هستند.

محققان مونومر تری اتینیل بنزن را روی بستر‌های مس تک کریستالی مسطح اتمی در حضور یک پایه آلی که به عنوان کاتالیزور عمل می‌کند، رسوب دادند. تری اتینیل بنزن دارای سه گروه واکنشی است که به عنوان نقاط لنگر برای مونومر‌های اضافی عمل می‌کنند. این گروه‌ها زاویه ۱۲۰ درجه را نسبت به یکدیگر نشان می‌دهند و آرایه‌های سازمان‌یافته‌ای از ساختار‌های چرخه‌ای به خوبی تعریف شده را ایجاد می‌کنند که در کانال‌های آبگریز لوزی به اندازه زیر نانومتر قرار می‌گیرند.

این غشاء عملکرد عالی نمک‌زدایی آب را در پیکربندی‌های اسمز رو به جلو و معکوس نشان داد و از مواردی که حاوی مواد پیشرفته‌ای مانند نانولوله‌های کربنی و گرافن بودند، پیشی گرفت. همچنین برای یون‌های دو ظرفیتی و همچنین مولکول‌های باردار و خنثی کوچک رد شدید نشان داد.

محققان کشف کردند که مولکول‌های آب به جای اینکه در طول غشاء در امتداد کانال‌های مثلثی عمودی به عنوان زنجیره‌های یک بعدی حرکت کنند، یک شبکه سه بعدی در داخل غشاء تشکیل دادند. این انتقال سریع آب از طریق غشا را توضیح می‌دهد.

هان می‌گوید: این نتیجه غیرمنتظره نشان داد که کانال‌های عمودی به ظاهر گسسته در واقع توسط کانال‌های افقی کوتاه به هم مرتبط هستند که می‌توان به راحتی در مدل ساختاری پیش‌بینی‌شده نادیده گرفت.

این تیم اکنون در حال کار بر روی بهبود خاصیت ضد رسوب، استحکام مکانیکی و پایداری شیمیایی طولانی مدت غشا برای کاربرد‌های عملی آینده است. آن‌ها همچنین در حال تنظیم دقیق خواص شارژ سطحی و اندازه کانال آن هستند.

هان می‌گوید: هدف نهایی ما ارائه یک پلت فرم چند منظوره همه کاره است که نیاز‌های برنامه‌های کاربردی مختلف مانند غربال یونی، سنجش تک مولکولی و رابط‌های عصبی را برآورده می‌کند.