Grafenowy filtr zamienia wodę morską w słodką

Odsalanie wody staje się z każdym rokiem coraz ważniejsze – ocieplanie się klimatu sprawia, że zapasy słodkiej wody coraz szybciej topnieją (dosłownie, bo słodka woda z topniejących lodowców trafia do mórz). Nowa membrana oparta na grafenowych płatkach może pozwolić na szybkie, skuteczne i tanie uzyskiwanie słodkiej wody.

Duża cząsteczka soli i małe cząsteczki wody w filtrze grafenowym. Rys. The University of Manchester

Zespołem z University of Manchester, który opracował nową metodę kieruje dr Rahul Nair, a jednym ze współautorów pracy dotyczącej odkrycia jest Andre Gejm, laureat Nobla z fizyki przyznanego właśnie za badania nad grafenem.

Badacze zaprezentowali prototypowy filtr oparty na grafenie, który pozwala na skuteczne odsalanie wody morskiej. Takie rozwiązanie rozważano już od dawna, problemem jednak pozostawało zjawisko „rozmiękania” grafenowych sit. Po zanurzeniu ich w wodzie zmieniały swoją strukturę, przez co pory powiększały się przepuszczając mniejsze cząsteczki. Taki filtr skutecznie oddzielał wodę od części niepożądanych związków, jednak w przypadku soli nie wystarczał.

Woda ustawia się w kolejce

Nowy pomysł polega na umieszczeniu grafenowego filtru między warstwami żywicy epoksydowej, co zapobiega „puchnięciu” filtra. Dzięki temu otwory pozostają na tyle małe, że blokują przepływ cząsteczek soli jednocześnie przepuszczając wodę. Dzieje się tak, ponieważ podczas rozpuszczania soli jej cząsteczki zostają otoczone molekułami wody, a powstająca w ten sposób struktura jest znacznie większa od cząsteczek H₂O.

Ciekawe okazało się zachowanie samej wody – przy tak małych oczkach sita cząsteczki ustawiały się jedna za drugą tworząc kolejkę, która szybciej przepływała przez otwory. Badacze wyjaśniają to zjawisko działaniem wiązań wodorowych.

Obecnie do odsalania wody wykorzystuje się m.in. filtry oparte na polimerach, jednak ich wykorzystanie jest mało efektywne, kosztowne i wymaga mnóstwa energii. Tu celem jest opracowane systemu oczyszczania, który byłby opłacalny i mógł w przyszłości rozwiązywać narastające problemy z dostępnością słodkiej wody.

Tak przy okazji – czy wiecie, że Polska ma rezerwy słodkiej wody takie same jak Egipt?