ابداع روشی جدید و موثر برای شیرین سازی آب دریا

تیمی به رهبری دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله (KAUST) نشان داده است که چگونه غشاهای سفارشی مبتنی بر پلیمرهای فوق نازک می توانند نمک را از آب شور و آب دریا حذف کنند و جایگزینی بالقوه برای سیستم های نمک زدایی  فعلی و شیرین سازی ارائه دهند.

به گزارش تک ناک، یو هان سرپرست این مطالعه، می‌گوید: غشاهای نمک‌زدایی آب باید به طور همزمان شار آب و دفع نمک بالایی 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، چالش های هم ترازی کانال و انباشته شدن، مانع از استفاده آنها در مقیاس بزرگ در غشاها می شود.

جی شن  نویسنده اول این مطالعه، و دانشجوی فوق دکترای در 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 می شوند که باعث رشد تصادفی یک ساختار سه بعدی نامنظم با ریز منافذ ضعیف می شود.

محققان تیم هان با استفاده از رسوب شیمیایی بخار، تکنیکی را توسعه داده اند که به کنترل رشد چارچوب های پلیمری مزدوج دو بعدی کمک می کند تا به لایه های کربنی فوق نازک تبدیل شوند.

محققان مونومر تری اتینیل بنزن (triethynylbenzene) را روی بسترهای مس تک کریستالی مسطح اتمی در حضور یک پایه آلی که به عنوان کاتالیزور عمل می کند، رسوب دادند. تری اتینیل بنزن دارای سه گروه واکنشی است که به عنوان نقاط لنگر برای مونومرهای اضافی عمل می کنند. این گروه‌ها نسبت به یکدیگر زاویه 120 درجه دارند و آرایش منظم از ساختارهای چرخه ای ایجاد می‌کنند که در کانال‌های آبگریز لوزی به اندازه زیر نانومتر قرار می‌گیرند.

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

محققان کشف کردند که مولکول های آب به جای اینکه در طول غشاء در امتداد کانال های مثلثی عمودی به عنوان زنجیره های یک بعدی حرکت کنند، یک شبکه سه بعدی در داخل غشاء تشکیل دادند. این انتقال سریع آب از طریق غشا را توضیح می دهد. هان می‌گوید: این نتیجه غیرمنتظره نشان داد که کانال‌های عمودی به ظاهر مجزا در واقع توسط کانال‌های افقی کوتاه به هم مرتبط هستند که می‌توان به راحتی در مدل ساختاری پیش‌بینی‌شده نادیده گرفته شوند.

این تیم اکنون در حال کار بر روی بهبود خاصیت ضد رسوب، افزایش استحکام مکانیکی و پایداری شیمیایی طولانی مدت غشا برای کاربردهای عملی آینده است. آنها همچنین در حال تنظیم دقیق خواص شارژ سطحی و اندازهای کانال هستند. هان می گوید: هدف نهایی ما ارائه یک پلت فرم چند منظوره همه کاره است که نیازهای برنامه های کاربردی مختلف مانند غربال یونی، سنجش تک مولکولی و اتصالات عصبی را برآورده می کند.