Odsolování mořské vody pomocí grafenoxidových sít

Grafen a grafenoxid patří v současnosti mezi velmi populární materiály a jejich aplikační možnosti se neustále rozšiřují.

Exfoliace
Proces oddělování jednotlivých vrstev z vrstevnatých materiálů, např. příprava grafenu z grafitu. Lze jej provádět mechanicky nebo pomocí ultrazvuku.
Grafen
Jednovrstvý allotrop uhlíku, skládá se ze sítě sp2 uhlíků uspořádaných do šestičlenných cyklů. Jde o jednu vrstvu grafitu. Získává se převážně exfoliací grafitu nebo pomocí CVD.
Grafenoxid
Oxidovaná forma 2D allotropu uhlíku – grafenu. Vyrábí se exfoliací oxidu grafitu. Oxidace se často provádí pomocí směsi KMnO4 a kyseliny sírové – Hummerovou metodou.

Nedostupnost pitné vody je problém, který trápí velký počet lidí. Zhoršení tohoto stavu způsobují i změny klimatu a ztenčování zásob vody pro velká města. Jednou z možností, jak tento stav zlepšit je přeměna mořské vody na vodu pitnou. Tento proces je poměrně komplikovaný, ale vědcům z The University of Manchester se povedlo připravit membrány z grafenoxidu, které by mohly tento problém vyřešit.[1]

Možností, jak získat pitnou vodu z mořské je dost, ale většina je energeticky poměrně náročná. Proto se pozornost soustřeďuje na filtraci, a tady přicházejí ke slovu membrány s vhodnou velikostí pórů. Anorganické ionty rozpuštěné ve vodě jsou solvatovány molekulami vody, čímž se jejich poloměr zvětšuje oproti teoretickému iontovému poloměru.

Membrány byly připraveny z oxidu grafitu, který byl exfoliován v ultrazvukové lázni, získaná disperze byla centrifugována, aby se oddělil oxid grafitu od grafenoxidu. Membrána o tloušťce cca 100 μm byla připravena vakuovou filtrací supernatantu přes speciální filtr s průměrem póru 0,2 μm, membrány byly poté sušeny při teplotě 45 °C. Takto připravené membrány měly vzdálenost vrstev menší než 10 Å, což je dostatečně malá hodnota, aby membrána dokázala zadržet hydratované ionty z mořské vody. Vzdálenost jednotlivých vrstev v membráně lze upravit skladováním membrány v prostředí s vhodnou vlhkostí.

Testované membrány dokázaly odstranit 97 % solí z vody, problémem je průtok vody membránou, který se zatím pohybuje v hodnotách okolo 0,5 dm3.m-2.h-1, zatímco u komerčně dostupných osmotických systémů je tato hodnota o řád vyšší. Autoři studie ale věří, že se podaří průtok zvýšit zmenšením tloušťky membrány.

Literatura

  1. Tunable sieving of ions using graphene oxide membranes
  2. Graphene sieve turns seawater into drinking water

Napsat komentář