Инженеры Венского университета разработали новый композитный материал, из которого можно сделать эффективный фильтр для удаления органических загрязнителей из воды. В системе используются сверхпористые «наногубки», встроенные в лист графена.
Ключом к новым фильтрам является класс материалов, называемых ковалентными органическими каркасами (COF). Эти структуры чрезвычайно пористые, что дает им огромную площадь поверхности, заключенную в небольшом пространстве, что означает, что они эффективно захватывают большое количество молекул. Связанные материалы, известные как металлоорганические каркасы (MOF), исследуются для использования в улавливании углерода , опреснении или извлечении питьевой воды из воздуха, и COF могут иметь аналогичный набор функций.
В новом исследовании ученые сосредоточились на использовании COF для удаления органических красителей из воды. Эти химические вещества являются обычным загрязнителем промышленных сточных вод и могут быть токсичными и канцерогенными, не говоря уже о том, что их трудно удалить.
Команда настроила COF, чтобы он избирательно улавливал молекулы органических красителей. Это включает в себя создание пор правильной формы и размера — от 0,8 до 1,6 нанометров — и придание поверхности отрицательного заряда, чтобы притягивать положительно заряженные молекулы красителя.
Но нужно было преодолеть еще одно препятствие. Когда материал используется в виде порошка, поры на внешних краях сначала заполняются молекулами, а поры в центре остаются пустыми и практически бесполезными. Поэтому команда разработала способ распространения COF, вырастив его на листе графена.
Диаграмма, сравнивающая обычный объемный COF с более эффективной версией, выращенной на графене. Чанся Ли, Фредди Кляйц и др.
Конечным результатом стал слой COF толщиной два нанометра на одноатомном слое графена, что увеличило максимальную способность материала удерживать молекулы органических красителей. Сам графен имеет довольно большие поры, что позволяет воде быстро проходить через него, пока COF выполняет свою работу.
«Большие поры графеновой сетки в сочетании с ультратонким слоем COF и большим количеством адсорбционных участков обеспечивают особенно быструю и эффективную очистку сточных вод», — говорят исследователи.
По словам команды, эта техника также должна быть довольно недорогой. Не нужно использовать много графена, а COF можно очистить и использовать повторно.
Исследование было опубликовано в журнале Angewandte Chemie.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com