پژوهشگران نانوکانال‌های عمودی گرافین برای تصفیه آب توسعه دادند

تصفیه آب اهمیت بالایی دارد و پژوهشگران و شرکت‌های مختلف درباره آن پژوهش می‌کنند. حالا پژوهشگران دانشگاه «براون» برای تصفیه آب به سراغ نانوکانال‌های گرافین رفته‌اند که می‌تواند آلاینده‌ها را در ابعاد نانو فیلتر کند.

زمانی که صفحات نانومواد دو بعدی مانند گرافین روی یکدیگر قرار می‌گیرند، میان این صفحات شکاف‌ها بسیار کوچکی ایجاد می‌شوند که کاربردهای مختلفی دارند. پژوهشگران حالا توانسته‌اند با تغییرات در آن‌ها، آب را تصفیه کنند و نتیجه کارشان را در ژورنال «Nature Communications» منتشر کنند.

یکی از اساتید دانشکده مهندسی و همچنین نویسنده مقاله اخیر، «رابرت هرت» گفته:

«در دهه گذشته، یک زمینه کامل برای مطالعه این شکاف‌های کوچک مربوط به نانومواد دو بعدی ایجاد شد. شما می‌توانید در شکاف‌ها موادی را جاسازی کنید، رشد دهید یا اینکه از آن‌ها برای تصفیه مایعات بهره ببرید، موضوعی که اخیرا در نانوسیالات ظهور پیدا کرده. با این کانال‌ها می‌توان برخی مولکول‌ها را فیلتر و امکان حرکت سایر آن‌ها را فراهم کرد.»

با وجود چنین موضوعی، استفاده از نانوکانال‌ها برای فیلتراسیون یک مشکل دارد که مربوط به نحوه جهت‌گیری این کانال‌ها می‌شود. کانال‌های ایجاد شده میان صفحات گرافین جهت افقی دارند که برای فیلتراسیون مناسب نیستند، چرا که مایعات باید مسیر نسبتا طولانی را طی کنند تا از انتهای یک کانال به دیگری برسند.

اگر کانال‌ها عمود بر جهت صفحات باشند، عملکرد آن‌ها بهبود پیدا می‌کند. در پژوهش اخیر، مایع تنها نیاز دارد بجای عبور از طول و عرض طولانی، از ارتفاع عمودی نسبتا باریک بگذرد. با این وجود طبق گفته هرت، تا به امروز راه مناسبی برای ساخت نانوکانال‌های عمودی گرافین وجود نداشت تا اینکه یکی از پژوهشگران سابق آزمایشگاه هرت، «موچون لیو» به چنین راهی دست پیدا کرد.

این روش جدید شامل قرارگیری صفحات گرافین روی یک بستر الاستیک می‌شود که برای کشش، تحت تنش قرار می‌گیرد. پس از رسوب صفحات، تنش روی بستر آزاد می‌شود و امکان تماس با صفحات را فراهم می‌کند. با این اتفاق، گرافین روی دره‌ها و قله‌های تیز جمع می‌شود.

لیو که هم اکنون در دانشگاه MIT فعالیت دارد، گفته:

«زمانی که گرافین چین می‌خورد، شما صفحات و کانال‌ها را از سطح کج می‌کنید. اگر این موضوع زیاد انجام شود، کانال‌ها در نهایت بطور عمودی تراز می‌شوند.»

زمانی که کانال‌ها تقریبا عمودی شوند، این مجموعه توسط «اپوکسی» محصور و بخش بالایی و پایینی آن کوتاه می‌شود تا کانال‌ها در طول ماده باز باشند. پژوهشگران این ساختار را «VAGME» نامگذاری کرده‌اند که کوتاه شده عبارت «غشاهای گرافین تراز شده بطور عمودی» است.

این نانوکانال‌ها می‌توانند برای تصفیه آب مورد استفاده قرار بگیرند تا آلاینده‌های آلی یا یون‌های فلزی از آن عبور نکنند. پژوهشگران به توسعه این فیلترها ادامه می‌دهند تا استفاده صنعتی و همچنین خانگی آن‌ها ممکن شود.