Японские ученые из Токийского университета предложили использовать мембраны из наноканалов, сделанных из комплексов фтора, для опреснения воды. Метод оказался экономичнее и эффективнее использующихся сейчас. Исследование опубликовано в журнале Science.
В мире уже более 40% людей страдает от нехватки питьевой воды. Для ее получения ученые разрабатывают различные методы опреснения соленой воды. Например, существует термический метод, когда морскую воду испаряют, чтобы в конденсате получить пресную. Также используют обратный осмос: с помощью давления проталкивают воду через мембрану, причем ионы, составляющие соль, не проходят через нее. Оба этих метода довольно энергоемки, что невыгодно.
Японские исследователи вдохновились тефлоном — фторсодержащим полимером, который обладает водоотталкивающими свойствами. Ученые синтезировали комплексы фтора, которые представляют собой кольца, причем ионы фтора обращены во внутреннюю их сторону. Их наслоили друг на друга, получив таким образом наноканалы. Для создания мембран для фильтрации исследователи поместили наноканалы в непроницаемый липидный слой, похожий по структуре на клеточную мембрану. Таких мембран ученые разработали несколько, в них были наноканалы диаметром в 1 и 2 нм. Чтобы проверить эффективность мембран, исследователи измеряли концентрацию хлорид-ионов по обе стороны от фильтра. Оказалось, что обе мембраны справились с задачей хорошо, хотя лучше себя показали более узкие наноканалы. Но даже наноканалы диаметром в 2 нм по результатам превосходили современные фильтры на основе углеродных нанотрубок.
Так как фторид-ионы заряжены отрицательно, они отталкивают одноименно заряженные ионы, в том числе хлориды. При этом фильтры могут также разрушать водные кластеры — группы молекул воды, соединенных между собой водородными связями. Это позволяет воде проходить через наноканалы быстрее.
Данный метод оказался эффективнее и экономичнее тех, что используются сейчас. Фильтрация с помощью фторсодержащих наноканалов проходила в несколько тысяч раз быстрее, чем при применении типичных промышленных способов. Скорость фильтрации также в 2,4 тысячи раз превысила скорость экспериментальных фильтрационных установок на основе углеродных нанотрубок. При этом ученые отметили, что самым энергозатратным этапом их метода является собственно синтез комплексов фтора. В дальнейшем исследователи планируют оптимизировать этот этап и масштабировать метод.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
