Графен гидрофобен, то есть в общем случае воду отталкивает. Но если из его оксида сделать тонкие капилляры, верх и низ которых состоит из листов материала, то они, напротив, буквально втягивают воду.
Правда, не в виде потока, а как лист, в котором толщина не превышает размеров молекулы воды. То есть жидкость по нему идёт, словно плёнка едва ли не молекулярной толщины — подобно самому графену.
Рахул Наир с образцом фильтра из оксида графена
(здесь и ниже иллюстрации Rahul R.Nair).
Сравнительно простой метод изготовления таких капилляров некоторое время назад пробовали наладить в Манчестерском университете (Великобритания). Для этого брался оксид графена, и его слои последовательно укладывались друг на друга, создавая структуру, сходную с перламутром, которая среди других свойств имеет высокую механическую прочность. Испытав такие мембраны, учёные выяснили, что все газы и пары — кроме водяного пара — пройти через это не могут, включая даже гелий, проникновение которого куда-либо остановить очень сложно.
Теперь те же учёные под руководством Рахула Наира (Rahul Nair) и нобелевского лауреата Андрея Гейма попробовали испытать те же фильтры на жидкой воде. Выяснилось следующее: при погружении в воду ламинированные графеновые структуры слегка набухают, но тем не менее не теряют способности избирательно пропускать воду, задерживая всё остальное. Правда, протекание воды через них в этом случае идёт слоем толщиной не в одну, а в две молекулы, и это значит, что ионы размером менее 9 Å способны одолеть это препятствие, зато все ионы крупнее (и тем более молекулы других веществ) будут заблокированы.
Кроме вот такой сверхизбирательности, экспериментальный фильтр продемонстрировал очень высокую скорость пропускания жидкости — как если бы он был обычным бумажным фильтром для кофе. Это несравнимо с производительностью подавляющего большинства других фильтров такого рода.
«Это самая быстрая и высокоизбирательная фильтрация воды изо всех, на которые можно было надеяться для столь тонких капилляров. Сейчас мы заняты улучшением контроля над параметрами графеновой решетки и уменьшением зазоров в ней ниже 9 ангстрем, чтобы иметь возможность отсекать даже маленькие ионы, такие как соли морской воды», — рассказывает Рахул Наир.
Уже в нынешнем виде фильтр на оксиде графена полностью отсекает все виды бактерий и вирусов, а также загрязнения органическими молекулами, что, вообще говоря, позволяет пить после него воду чуть ли не из лужи. Согласитесь, это ценное качество, особенно на фоне того, что используемое в странах третьего мира дезинфицирование воды кипячением не всегда убивает опасные микроорганизмы.
Пары воды легко проникают через фильтр, а вот остальные газы и пары сделать этого не могут.
Но тут, конечно, другое. Авторы работы поставили перед собой очень серьёзные цели: их интересует фильтр, который благодаря исключительным свойствам графена и необычайному взаимодействию с водой будет выдавать на выходе питьевую воду прямо… из морской, причём после нескольких минут очистки. «Пока мы этого не достигли, но это не научная фантастика», — уточняет один из авторов исследования Ирина Григорьева.
И действительно, манипулирование параметрами графенового слоя — задача, в принципе, решаемая. И если всё получится, то, быть может, не за горами и сравнительно простое и быстрое получение питьевой воды из морской.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.
По материалам Манчестерского университета.
Источник: compulenta.computerra.ru
