Ультратонкие упорядоченные мембраны на полимерной основе, которые удаляют соль из морской воды и рассола, могут стать альтернативой существующим системам опреснения воды, утверждают исследователи под руководством группы из KAUST.
По словам руководителя исследования Ю Хана, профессора химии в KAUST (Университет науки и технологий имени короля Абдуллы), мембраны для опреснения воды должны одновременно демонстрировать высокий поток воды и высокое сопротивление соли.
Ожидается, что углеродные наноматериалы будут соответствовать этим требованиям из-за их уникального химического состава поверхности и склонности к укладке в каналы диаметром менее одного нанометра, но трудности с выравниванием каналов и укладкой делают их широкомасштабное использование в мембранах затруднительным.
«Одним из способов преодоления этих ограничений является использование двумерных пористых углеродных мембран с регулярными и равномерно распределенными молекулярными транспортными каналами субнанометрового размера», — сказал первый автор Джи Шен, постдоктор в группе Хана.
Эти мембраны обычно синтезируют в растворе, что способствует беспорядочному росту неупорядоченной трехмерной структуры с плохо выраженными микропорами.
Ю Хан, Винсент Тунг, Инго Пиннау и бывший научный сотрудник KAUST Лэнс Ли, который сейчас работает в Университете Гонконга, разработали метод, который помогает контролировать рост двумерных сопряженных полимерных каркасов в ультратонкие углеродные пленки с помощью химического осаждения из паровой фазы.
Исследователи нанесли мономер триэтинилбензол на атомарно-плоские монокристаллические медные подложки в присутствии органического основания, которое действует как катализатор. Триэтинилбензол содержит три реакционноспособные группы, которые служат якорными точками для дополнительных мономеров. Эти группы расположены под углом 120 градусов по отношению друг к другу, создавая организованные массивы четко определенных циклических структур, которые укладываются в ромбические гидрофобные каналы субнанометрового размера.
Утверждается, что мембрана продемонстрировала отличные характеристики опреснения воды в конфигурациях прямого и обратного осмоса, превосходя мембраны, содержащие современные материалы, такие как углеродные нанотрубки и графен. Он также показал сильное отторжение двухвалентных ионов, а также небольших заряженных и нейтральных молекул.
Исследователи обнаружили, что молекулы воды образуют внутри мембраны трехмерную сеть, а не движутся сквозь мембрану по вертикальным треугольным каналам в виде одномерных цепочек.
«Этот неожиданный результат показал, что кажущиеся дискретными вертикальные каналы на самом деле связаны между собой короткими горизонтальными каналами, которые можно легко не заметить в проектируемой структурной модели», — сказал Хан в своем заявлении.
В настоящее время команда работает над улучшением противообрастающих свойств, механической прочности и долгосрочной химической стабильности мембраны для будущих практических применений. Они также настраивают его свойства поверхностного заряда и размеры каналов.
Результаты исследования опубликованы в Nature Materials.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com