З графена створили рекордно міцну мембрану для опріснення води

Інженери з MIT створили мембрану на основі одноатомного шару графена, що витримує тиск у 100 атмосфер. Така мембрана може стати хорошим матеріалом для фільтрування та опріснення солоної води. Дослідження опубліковано в журналі

Досі існує гостра нестача прісної води в посушливих місцях з нерозвиненою інфраструктурою. Більшість пристроїв для опріснення або очищення води засновані на принципі зворотного осмосу. У них вода під тиском проходить через мембрану, а сіль та інші домішки немає. Зазвичай, такі мембрани витримують максимальний тиск близько 50-80 атмосфер. При більшому тиску вони можуть пошкоджуватися або злипатися, що сильно знижує їх ефективність. Підвищення робочого тиску дозволить опрісняти воду більш ефективно і дешево, а також фільтрувати залишковий розсол, що утворюється при опрісненні традиційними методами.

Інженери запропонували наступну конструкцію: аркуш графена наноситься на підкладку з великою кількістю отворів або пор. Чим менше діаметр цих пір, тим більший тиск може витримати графеновий лист. Подібна конструкція вже була змодельована теоретично, але експериментально її досі ніхто не створював.

Методом хімічної облоги з газової фази було вирощено листи графена товщиною в один атом з нанометровими порами, створеними іонним бомбардуванням або кислотним цькуванням. Потім графен з порами поміщали на листи пористого полікарбонату. Кожен аркуш мав заданий діаметр пір від 30 нанометрів до 3 мікрометрів. Отримані графено-полікарбонатні мембрани поміщали в герметичну камеру, у верхній частині якої вони подавали аргон під заданим тиском. У нижній частині камери датчик вимірював тиск, і за його різким підвищенням інженери могли зрозуміти, що частина графена ймовірно «порвалася».

Дослідники встановили, що при порах від 200 нанометрів і менше графен витримує тиск понад 100 атмосфер. Чим менше діаметр пір, тим більша частина мембран залишалася ціла при такому тиску. Це пояснюється тим, що чим більша поверхня графенового листа над часом, тим більше молекул газу потрапляє і тисне на нього. Дослідження на скануючому електронному мікроскопі показало, що в більшості «порваних» мембран були присутні дефекти графена (складки), тоді як бездефектні мембрани показували в основному хороші результати. Інженери відзначають, що поки вони не встигли провести випробування нових мембран, проте в попередніх роботах можливість опріснення води за допомогою графена вже була показана - нехай і не при такому високому тиску.

Минулого року вчені з Китаю створили пристрій для опріснення морської води на основі оксиду графена, що працює від сонячної енергії.