İngiltere’de bir araştırmacı ekibi, deniz suyundan tuz alabilecek, grafene dayalı bir elek hazırladı.
İstenen gelişme, milyonlarca insanın içme suyuna direk erişimine yardımcı olması yönünde.
Umut verici grafen oksit eleği, tuzların filtrelenmesinde oldukça etkili olabilir. Endüstriyel ölçekte grafene dayalı bariyerler üretmek daha önce zordu.
Sonuçları Nature Nanotechnology Dergisi’nde raporlayan Dr. Rahul Nair liderliğindeki Manchester Üniversitesi bilim adamları, grafen oksit adı verilen bir kimyasal türev kullanarak, zorlukların bazılarını nasıl çözdüklerini gösteriyor.
2004’te Manchester Üniversitesi tarafından yönetilen bir ekip tarafından izole edilen ve karakterize edilen grafen, altıgen bir kafeste düzenlenmiş tek bir karbon atomu tabakası içermektedir.
Olağandışı çekme kuvveti ve elektrik iletkenliği gibi alışılmadık özellikleri, onu gelecekteki uygulamalar için en umut verici malzemelerden biri olarak diğerlerinden ayırıyor.
Ancak kimyasal buhar birikimi (CVD) gibi mevcut yöntemleri kullanarak, büyük miktarlarda tek katmanlı grafen üretmek zordu. Mevcut üretim güzergahları da oldukça pahalı.
Dr. Nair, “grafen oksit laboratuvardaki basit oksidasyonla üretilebilir” görüşünü savundu ve BBC News‘a şunları söyledi: “Bir mürekkep veya çözelti olarak bir substrat veya gözenekli materyal üzerine yapıştırabiliriz, ardından bir membran olarak kullanabiliriz. Ölçeklenebilirlik ve malzemenin maliyeti açısından, grafen oksit, tek katmanlı grafene göre potansiyel bir avantaja sahiptir.
“Tek katmanlı grafene ilişkin şunları ekledi: “Geçirgen hale getirmek için membranda küçük delikler açmanız gerekiyor, ancak delik boyutu bir nanometre’den büyükse, tuzlar o deliğin içinden geçiyor.”
Grafen oksit membranlar, küçük nanopartikülleri, organik molekülleri ve hatta büyük tuzları elemek için değerlerini zaten kanıtlamıştır. Ancak şu ana kadar, daha küçük elekler gerektiren ortak tuzları filtrelemek için kullanılamadılar.
Önceki çalışma, grafen oksit membranlarının suya batırıldığında, biraz şiştiği ve su molekülleri ile birlikte gözeneklerden daha küçük tuzların akmasına izin verdiğini göstermişti.
Dr Nair ve arkadaşları, epoksi reçineden (kaplamalarda ve yapıştırıcılarda kullanılan bir maddeden) duvarların grafen oksit membranın her iki yanına yerleştirilmesinin genişlemeyi durdurmak için yeterli olduğunu gösterdi.
Şişmeyi bu şekilde kısıtlamak, bilim insanlarının membranın özelliklerini ayarlamalarına ve örneğin daha az veya daha fazla ortak tuza izin vermelerine izin verdi.
Ortak tuzlar suda eritildiğinde, tuz molekülleri etrafında daima su molekülleri “kabuğu” oluştururlar.
Bu, grafen oksit zarlarının küçük kılcal damarlarının, tuzun suyunu içinden akmasını önler.
“Su molekülleri bireysel olarak geçebilir, ancak sodyum klorür bunu yapamaz. Her zaman su moleküllerinin yardımına ihtiyaç duyar. Tuz, etrafındaki su kabuğunun boyutu kanal boyutundan daha büyük olduğundan geçemez” dedi Dr Nair .
.
Nair, “Kılcal boyut, yaklaşık bir nanometre olduğundan, su molekülünün büyüklüğüne çok yakın, bu moleküller bir tren gibi birbirine bağlı bir düzenleme oluşturuyor. Bu, suyun hareketini daha hızlı hale getirir: Bir taraftan daha sert iterseniz, moleküller aralarındaki hidrojen bağları nedeniyle diğer tarafa geçer. Kanal boyutu çok küçükse bu durumu elde edebilirsiniz.”
2025’de BM, dünya nüfusunun% 14’ünün su kıtlığı ile karşı karşıya kalmasını beklemektedir. İklim değişikliğinin etkileri kentsel su kaynaklarını azaltmaya devam ederken, zengin modern ülkeler de tuzdan arındırma teknolojilerine yatırım yapıyor.
Dünyadaki mevcut tuzdan arındırma tesisleri, polimer esaslı membranları kullanmaktadır.
“Bu, membranın (zarın) gözenek aralığını kontrol edebildiğimiz ilk bulgumuz ve daha önce mümkün olmayan tuzdan ilk arındırma işlemi yapabilmemiz… Bir sonraki adım, piyasada mevcut olan en gelişmiş malzeme ile karşılaştırmak olacak.”dedi Dr Nair.
Richland, Pacific Northwest National Laboratory‘den Ram Devanathan, endüstriyel ölçeklerde grafen oksit membranlar üretmek için daha fazla iş yapılması gerektiğini söyledi.
Ayrıca, bilim insanlarının zarların deniz suyuyla uzun süre temas halinde dayanıklılığını göstermeleri ve membranın tuzlar ve biyolojik materyal (periyodik olarak temizlenmesi veya değiştirilmesi için var olan bariyerleri gerektirir) tarafından “kirlenmeye” dirençli olmasını sağlamaları gerektiğini de sözlerine ekledi.
Dr Devanathan, “Arayüz aralıklarının fiziki kısıtlanmasıyla su moleküllerinin iyonlardan seçici olarak ayrılması, tuzdan arındırma için ucuz zarların sentezlenmesine kapı açıyor. Nihai hedef, minimum enerji girişi ile deniz suyu veya atık sudan içilebilir su üreten bir filtreleme cihazı yaratmaktır.”
