Britse onderzoekers hebben een grafeenoxidezeef ontwikkeld om zout uit zeewater te verwijderen. De zeef is mogelijk zeer efficiënt bij het persen van zout, wat zou kunnen helpen om schoon drinkwater te bieden aan miljoenen mensen die er geen gemakkelijke toegang toe hebben. De onderzoekers zullen nu de grafeenzeef testen tegen de huidige ontziltingsmembranen.
NaturalNews: Breakthrough graphene membrane can instantly transform sea water into drinkable fresh water
Door Earl Garcia
Grafeen werd voor het eerst ontwikkeld in een laboratorium door onderzoekers van de Universiteit van Manchester in 2004. Het materiaal bestond uit koolstofatomen in een hexagonaal rooster. Het was bekend dat het zo flexibel was als rubber, maar meer geleidend dan koper. Het materiaal was ook 200 keer sterker dan staal. Enkel laagse grafenen waren moeilijk te masseren te produceren door bestaande methoden zoals chemische dampafzetting, terwijl de huidige productieschema’s een fortuin kosten.
Om dit op te lossen, gebruikten de onderzoekers een chemisch derivaat dat grafeenoxide wordt genoemd. Volgens de onderzoekers kan het chemische derivaat worden geproduceerd met behulp van een eenvoudig oxidatieproces in het laboratorium. “Als een inkt of oplossing kunnen we het op een substraat of poreus materiaal samenstellen. Dan kunnen we het als een membraan gebruiken. In termen van schaalbaarheid en de kosten van het materiaal heeft grafeenoxide een potentieel voordeel ten opzichte van enkel gelaagde grafeen “, zei hoofdonderzoeker dr. Rahul Nair in een BBC-rapport. Daarentegen zullen Dr. Nair single-layer graphenes moeten worden geboord om het permeabel te maken. Door de boorgaten groter dan één nanometer te maken, kan zout echter passeren.
Hoe het nieuwe grafeenoxide membraan werkt
Gegevens uit eerdere tests toonden aan dat de grafeenoxidelief enigszins werd vergroot bij onderdompeling in water. Hierdoor konden kleinere zoutdeeltjes eenvoudig door de poriën binnendringen. Het huidige onderzoek heeft echter aangetoond dat het bevestigen van wanden van epoxyhars aan elke zijde van de zeef op effectieve wijze ervoor zorgde dat het niet uitzet. Het stoppen van het membraan van zwelling hielp onderzoekers ook om hun eigenschappen aan te passen. Een voorbeeld hiervan is het laten passeren van minder of meer gewoon zout.
Volgens onderzoekers vormen gewone zouten, wanneer opgelost, altijd een schil van watermoleculen rond de zoutmoleculen. Dit zorgt ervoor dat de kleine capillairen van het membraan ervoor zorgen dat het zout niet doorsijpelt. Volgens dr. Nair zullen zouten moeilijkheden ondervinden bij het passeren, omdat ze altijd watermoleculen nodig hebben. De grootte van de schelpen van de watermoleculen gevormd door de zouten was groter dan de kanaalafmetingen, daarom kunnen ze niet doorgaan. Daarentegen vloeien watermoleculen gemakkelijk door de haarvaten van het membraan vanwege hun bijna gelijke grootte.
“Als de capillaire grootte ongeveer één nanometer is, wat erg dicht bij de grootte van het watermolecuul ligt, vormen die moleculen een mooie onderling verbonden opstelling zoals een trein. Dat maakt de beweging van water sneller: als je aan één kant harder duwt, bewegen de moleculen aan de andere kant vanwege de waterstofbruggen ertussen. Je kunt die situatie alleen krijgen als de kanaalgrootte erg klein is, “verklaarde Dr. Rahul Nair.
Dr. Nair zei dat de studie de eerste was om aan te tonen dat de ontwikkeling van membranen met uniforme poriegrootte een belangrijke stap voorwaarts zou kunnen zijn en mogelijkheden kan bieden om de efficiëntie van ontziltingsprocessen verder te verbeteren. (Gerelateerd: Nieuwe ontziltings technologie zet zeewater tegen lagere kosten om in zoet water.)
De bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Nanotechnology.
Echter, buiten expert Ram Devanathan van het Pacific Northwest National Laboratory in Richland zei dat er meer werk nodig is om massale grafeenoxidemembranen massaal te produceren. “De selectieve scheiding van watermoleculen van ionen door fysieke beperking van tussenlaagafstanden opent de deur naar de synthese van goedkope membranen voor ontzilting. Het uiteindelijke doel is om een filterapparaat te maken dat drinkbaar water uit zeewater of afvalwater produceert met minimale energie-input, “verklaarde Dr. Devanathan, meldt de BBC.com.
