Графен очистит воду от любой грязи

Сейчас в продаже имеется множество различных фильтров, однако у всех у них есть один общий недостаток: какой-то один фильтр очищает воду от одного загрязнителя, но пропускает другие. Но можно ли создать универсальный фильтр, очищающий воду полностью? По мнению ученых, можно. Они даже нашли вещество, которое позволит это сделать. Это оксид графена.

Фото:

Основной проблемой большинства фильтров для воды является то, что они не универсальны, то есть, очищая живительную влагу от одних загрязнителей, в то же время пропускают другие. Так, например, если фильтр настроен на "вылавливание" органических молекул, то он не обращает внимания на тяжелые металлы и наоборот. Долгое время ученые пытались создать универсальный фильтр для очистки воды, но все упиралось в отсутствие необходимого материала, который пропускал бы через себя только воду, а все остальное — задерживал.

В поисках подобного материала исследователи из Манчестерского университета (Великобритания) решили обратиться к чудесному веществу под названием графен. Точнее говоря, не к нему самому в чистом виде, ибо известно, что графен гидрофобен и вообще не пропускает через себя воду, — а к его оксиду. Эту идею подсказал руководителю группы доктору Рахулу Наиру один из первооткрывателей данного вещества, Нобелевский лауреат, профессор Андрей Гейм. Он обратил внимание ученых на то, что если из оксида графена сделать тонкие капилляры, верх и низ которых состоит из листов материала, то они будут не отталкивать, а втягивать в себя воду. Правда, не в виде потока, а в виде тоненького слоя, толщина которого не превышает таковую одной молекулы воды — то есть жидкость пройдет между двумя слоями оксида графена в виде пленки молекулярной толщины.

И вот специалисты из группы доктора Наира, консультируемые Андреем Геймом, взялись за создание подобного фильтра: для этого они взяли несколько слоев оксида графена и уложили их последовательно друг на друга, создавая тем самым структуру, сходную с перламутром. Подобная конструкция должна была иметь высокую механическую прочность — что и подтвердилось последующими испытаниями. Проверив же получившиеся мембраны в аэродинамической установке на пропускную способность, ученые выяснили, что даже все газы (кроме водяного пара) не могут пройти через данный фильтр — интересно, что он останавливал даже всепроникающий гелий, чего не в состоянии сделать ни один искусственный барьер.

Далее последовали испытания данной конструкции в воде, в результате чего было выяснено, что при погружении в воду ламинированные графеновые структуры слегка набухают, но тем не менее не теряют способности избирательно пропускать воду, задерживая все остальное. Правда, протекание воды через них шло немножко по-другому — жидкость распространялась в виде слоя не в одну, а в две молекулы. Это значит, что ионы размером менее 9 Å (ангстрем — это одна десятая нанометра или же величина стандартного диаметра орбиты электрона в атоме водорода) способны одолеть это препятствие, зато все ионы более крупного размера (и уж тем более молекулы других веществ) будут остановлены данным фильтром.

Читайте также: Бутылка-самобранка спасет от жажды

"Это самая быстрая и высокоизбирательная фильтрация воды из всех, на которые можно было надеяться для столь тонких капилляров. Сейчас мы заняты улучшением контроля над параметрами графеновой решетки и уменьшением зазоров в ней ниже 9 ангстрем, чтобы иметь возможность отсекать даже маленькие ионы, такие как соли морской воды", — восторженно комментирует результаты экспериментов ведущий автор исследования доктор Рахул Наир. Он также говорит о том, что скорость прохождения воды через данную конструкцию была примерно такой же, как таковая протекания кофе через бумажный фильтр кофеварок, то есть достаточно высокой.

Испытав новый фильтр на обычной воде из городских луж пригорода Манчестера, ученые выяснили, что он задерживает все попавшиеся в пробах воды виды бактерий и вирусов, а также загрязнители из числа органических молекул — например, масла и производные нефти. То есть получается, что человек, снабженный стаканом с подобным фильтром, может спокойно пить воду не только из луж, но даже из городских коллекторов и резервуаров с промышленными стоками, совершенно не опасаясь при этом за свое здоровье. Такое свойство делает данную конструкцию весьма ценной для развивающихся стран, где весьма остро стоит проблема загрязнения питьевой воды промышленными и бытовыми отходами, а надежных способов ее предотвращения просто не существует. Кроме того, часто используемое там в качестве панацеи дезинфицирование воды кипячением не всегда убивает опасные микроорганизмы.

Более того, авторы работы считают, что при определенных модификациях фильтр на основе графеновых конструкций может делать пресную воду прямо из морской, причем она будет куда более пригодной для питья, чем та, что получается в современных опреснителях. При этом, по их расчетам, превращение литра морской воды в аналогичный объем пресной произойдет всего за две-три минуты! Так что, как видите, подобное изобретение в перспективе сможет помочь людям решить надвигающийся на планету дефицит пресной воды. "Пока мы этого не достигли, но это не научная фантастика", — говорит одна из авторов исследования, доктор Ирина Григорьева.

Правда, пока что остается нерешенной одна очень важная проблема — никто из инженеров так и не смог пока придумать дешевый способ производства графена в промышленных масштабах. Поэтому при сегодняшнем положении дел очистные конструкции, созданные на основе оксида графена, будут дороже золота и алмазов. Однако не исключено, что прогресс в этом направлении тормозился недоумением по поводу того, как можно использовать данный высокотехнологичный материал в быту (ведь именно массовое использование рождает массовый спрос, и, следовательно, стимулирует поиск разработок по удешевлению производства).

Теперь же, когда стало понятно, какую службу может сослужить графен всему человечеству, поиски технологий его дешевого производства возобновятся с новой силой.