Кристально чисто: графеновый аэрогель очистил воду от примесей

Инженеры из Университета Буффало в США разработали новый метод очистки воды, использовав уникальные свойства чудо-материала графена. Исследователи утверждают, что их разработку можно воссоздать в самых разных размерах и, что важно, использовать полученный материал несколько раз.

Получается, учёные преодолели две основных преграды в работе с графеном: масштабируемость и неустойчивость материала. С точки зрения эксплуатационных характеристик новая разработка тоже не подвела: получившийся фильтр успешно очищает воду от 100% биологических загрязнителей.

"Цель [исследования] заключалась в удалении загрязнителей из воды без выделения [в неё] каких-либо проблемных химических остатков. Созданный нами аэрогель сохраняет свою структуру, располагаясь внутри системы очистки воды, и может применяться в самых разных очистительных системах", – объясняет соавтор работы профессор Нирупам Айч (Nirupam Aich) из Университета Буффало.

Напомним, что аэрогель – это ультралёгкий и ультрапористый материал, который получают, замещая жидкости в составе геля газом. Так получается твёрдая и практически невесомая структура, которая сохраняет изначальный объём.

Аэрогель можно сравнить с привычным пенопластом: он очень пористый и лёгкий, но при этом жёсткий и устойчивый к внешним воздействиям материал.

Графен – уже ставший легендой материал, который не нуждается в лишних представлениях. Он представляет собой решётку из атомов углерода толщиной всего в один атом.

Чтобы придать чернилам для печати на 3D-принтере нужную консистенцию, учёные использовали два дополнительных полимера: синтетический полидофамин и бычий сывороточный альбумин.

Эксперименты показали, что новый аэрогель удаляет из воды некоторые тяжёлые металлы вроде свинца и хрома, которые часто находят в питьевой воде. Также полученный материал успешно очистил воду от органических красителей, таких как катионный метиленовый синий и анионный синий Эванса, и от органических растворителей, таких как гексан, гептан и толуол.

Учёные пропустили органические растворители через графеновый фильтр целых десять раз, чтобы продемонстрировать потенциал его повторного использования. Каждый раз аэрогель удалял 100% растворителей.

Исследователи отметили, что в случае с красителем метиленовым синим фильтрационная способность материала падала на 2-20% к третьему циклу очистки.

Также создатели материала показали, что в отличие от плоских нанолистов графена, их аэрогель можно напечатать на 3D-принтере практически в любом масштабе. Это позволит использовать инновационный аэрогель в больших объёмах, например, на крупных очистных сооружениях.

К тому же, по словам разработчиков, графеновый фильтр можно использовать несколько раз, и он сам при этом не разрушается, а значит, не добавляет в очищаемую воду никаких посторонних соединений.

Теперь учёные планируют создать подобный аэрогель с внедрёнными в него наночастицами металлов: такие структуры смогут фильтровать не только биологические, но и химические загрязнители. Также они планируют запатентовать своё изобретение для использования в промышленности.

Исследование было опубликовано в издании Environmental Science: Nano.

Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".