| تاریخ ارسال: 1399/8/11 |
توسعه¬ی نانولوله¬های کربنی برای نمک¬زدایی فوق¬العاده کارآمد
جداسازی به وسیله ی غشا برای زندگی انسان بسیار مهم شده است و هیچ مثالی بهتر از تصفیه ی آب نیست. از آنجا که کمبود آب رایجتر می شود و جوامع شروع به کمبود آب دردسترس و ارزان قیمت میکنند؛ آنها باید منابع خود را با آب شیرین کن از آب دریا و منابع آب شور تأمین کنند.
پژوهشگران Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)، تخلخل های نانولوله کربنی (CNT) ایجاد کرده اند که در حذف نمک از آب بسیار کارآمد است و با غشاهای نمکزدایی تجاری قابل مقایسه است. قطر این تخلخل های ریز تنها ۸/۰ نانومتر است. در مقایسه، عرض موی انسان ۶۰۰۰۰ نانومتر است. این تحقیق روی جلد شماره ی ۱۸ ماه سپتامبر مجله ی Science Advances منتشر شد ه است.
فناوری غالب برای حذف نمک از آب، اسمز معکوس، از غشاهای کامپوزیت فیلم نازک (TFC) برای جداسازی آب از یون های موجود در جریان های تغذیه ی شور استفاده میکند. با این حال، برخی از مشکلات اساسی عملکرد هنوز باقی مانده است. به عنوان مثال، غشاهای TFC توسط معامله نفوذپذیری-انتخاب محدود شده و اغلب عدم عبور ناکافی برخی از یون ها و میکروآلایندههای ردیابی را دارند که به مراحل تصفیه اضافی که انرژی و هزینه را افزایش می دهد، نیاز دارند.
کانال های بیولوژیکی آب که به آن aquaporin نیز گفته میشود، طرح اولیه ای برای ساختارها ارائه میدهند که میتوانند عملکرد بیشتری را ارائه دهند. آنها دارای منافذ داخلی بسیار باریک هستند که فشار آب را به یک وضعیت تک فایل میرساند که نفوذ پذیری آب بسیار بالا (با سرعت انتقال بیش از ۱ میلیارد مولکول آب در ثانیه از طریق هر تخلخل) را امکانپذیر میکند.
Alex Noy، شیمیدان LLNL و یکی از نویسندگان اصلی این مقاله گفت: "نانولوله های کربن برخی از امیدوارکننده ترین ساختارهای داربستی را برای کانالهای آب مصنوعی نشان میدهند؛ زیرا اصطکاک کم آب در سطوح داخلی صاف آنها وجود دارد که از کانالهای آب زیستی تقلید میکند."
این تیم، CNT porins (CNTPs)، بخش های کوتاهی از نانولوله های کربنی که خود را در غشاهای biomimetic قرار میدهند، را توسعه داده است که کانالهای آب مصنوعی را شکل میدهند و از عملکرد کانال aquaporin و آرایش آب تک فایل درون کانالی تقلید میکنند. پژوهشگران سپس انتقال یون آب و کلرید را از طریق CNTPهای با قطر ۸/۰ نانومتر با استفاده از روش های مبتنی بر فلورسانس اندازه گیری کردند. شبیه سازی و آزمایش های رایانه ای با استفاده از تخلخل های CNT در غشاهای چربی، مکانیزم جریان افزایش یافته و عدم عبور یون قوی را از طریق کانالهای داخلی نانولوله های کربنی نشان میدهد.
Tuan Anh Pham، پژوهشگر مواد LLNL و سرپرست نویسندگان همکار، که تلاش های شبیه سازی مطالعه را بر عهده داشت، گفت: "این فرآیند به ما اجازه میدهد تا مقدار دقیق قدرت انتخاب نمک-آب را در منافذ باریک CNT تعیین کنیم." "شبیه سازی های اتمی دید دقیقی در مقیاس مولکولی آب ورودی به کانالهای CNTP را فراهم میکند و از مقادیر انرژی فعالسازی پشتیبانی میکند."
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۰/۹/۲۱/carbon-nanotubes-developed-for-super-efficient-desalination
پژوهشگران Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)، تخلخل های نانولوله کربنی (CNT) ایجاد کرده اند که در حذف نمک از آب بسیار کارآمد است و با غشاهای نمکزدایی تجاری قابل مقایسه است. قطر این تخلخل های ریز تنها ۸/۰ نانومتر است. در مقایسه، عرض موی انسان ۶۰۰۰۰ نانومتر است. این تحقیق روی جلد شماره ی ۱۸ ماه سپتامبر مجله ی Science Advances منتشر شد ه است.
فناوری غالب برای حذف نمک از آب، اسمز معکوس، از غشاهای کامپوزیت فیلم نازک (TFC) برای جداسازی آب از یون های موجود در جریان های تغذیه ی شور استفاده میکند. با این حال، برخی از مشکلات اساسی عملکرد هنوز باقی مانده است. به عنوان مثال، غشاهای TFC توسط معامله نفوذپذیری-انتخاب محدود شده و اغلب عدم عبور ناکافی برخی از یون ها و میکروآلایندههای ردیابی را دارند که به مراحل تصفیه اضافی که انرژی و هزینه را افزایش می دهد، نیاز دارند.
کانال های بیولوژیکی آب که به آن aquaporin نیز گفته میشود، طرح اولیه ای برای ساختارها ارائه میدهند که میتوانند عملکرد بیشتری را ارائه دهند. آنها دارای منافذ داخلی بسیار باریک هستند که فشار آب را به یک وضعیت تک فایل میرساند که نفوذ پذیری آب بسیار بالا (با سرعت انتقال بیش از ۱ میلیارد مولکول آب در ثانیه از طریق هر تخلخل) را امکانپذیر میکند.
Alex Noy، شیمیدان LLNL و یکی از نویسندگان اصلی این مقاله گفت: "نانولوله های کربن برخی از امیدوارکننده ترین ساختارهای داربستی را برای کانالهای آب مصنوعی نشان میدهند؛ زیرا اصطکاک کم آب در سطوح داخلی صاف آنها وجود دارد که از کانالهای آب زیستی تقلید میکند."
این تیم، CNT porins (CNTPs)، بخش های کوتاهی از نانولوله های کربنی که خود را در غشاهای biomimetic قرار میدهند، را توسعه داده است که کانالهای آب مصنوعی را شکل میدهند و از عملکرد کانال aquaporin و آرایش آب تک فایل درون کانالی تقلید میکنند. پژوهشگران سپس انتقال یون آب و کلرید را از طریق CNTPهای با قطر ۸/۰ نانومتر با استفاده از روش های مبتنی بر فلورسانس اندازه گیری کردند. شبیه سازی و آزمایش های رایانه ای با استفاده از تخلخل های CNT در غشاهای چربی، مکانیزم جریان افزایش یافته و عدم عبور یون قوی را از طریق کانالهای داخلی نانولوله های کربنی نشان میدهد.
Tuan Anh Pham، پژوهشگر مواد LLNL و سرپرست نویسندگان همکار، که تلاش های شبیه سازی مطالعه را بر عهده داشت، گفت: "این فرآیند به ما اجازه میدهد تا مقدار دقیق قدرت انتخاب نمک-آب را در منافذ باریک CNT تعیین کنیم." "شبیه سازی های اتمی دید دقیقی در مقیاس مولکولی آب ورودی به کانالهای CNTP را فراهم میکند و از مقادیر انرژی فعالسازی پشتیبانی میکند."
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۰/۹/۲۱/carbon-nanotubes-developed-for-super-efficient-desalination