Οι νανοδιαπερατές μεμβράνες έχουν μετασχηματίσει τη φιλτράριση του νερού και διάφορες άλλες εφαρμογές, απομακρύνοντας αποτελεσματικά τις ακαθαρσίες. Ωστόσο, οι επιστήμονες εργάζονται διαρκώς για τον ενισχυμένο σχεδιασμό και την αποδοτικότητά τους. Μια πρόσφατη μελέτη που διεξήχθη από τον καθηγητή Amir Haji-Akbari και την ομάδα του διαπίστωσε ότι η διάταξη των νανοδιατρυπημάτων στη μεμβράνη επηρεάζει σημαντικά την απόδοσή της. Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο ACS Nano.
Οι νανοδιαπερατές μεμβράνες, κατασκευασμένες από υλικά όπως γραφένιο, πολυμερή και πυρίτιο, έχουν αποδειχθεί επιτυχημένες στον διαχωρισμό αερίων, την απολύμανση του νερού, τη φιλτράριση ιών, την παραγωγή ενέργειας, την αποθήκευση αερίων και την παράδοση φαρμάκων. Ωστόσο, η επίτευξη ισορροπίας μεταξύ του να επιτρέπουν τις επιθυμητές μοριακές ουσίες να περάσουν ενώ αποκλείουν τις μη επιθυμητές αποτελεί μια πρόκληση.
Για την αποδοτική απολύμανση του νερού, μια μεμβράνη χρειάζεται να έχει υψηλή διαπερατότητα στο νερό, ενώ να αποκλείει αποτελεσματικά μικρά ιοντικά και μοριακά διαλύματα, καθώς και άλλες ακαθαρσίες. Δυστυχώς, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η βελτίωση της διαπερατότητας μιας μεμβράνης συνήθως υπονομεύει την εκλεκτικότητά της, και αντίστροφα.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα, η ερευνητική ομάδα εξέτασε τη δυνατότητα βελτιστοποίησης της χημείας και της γεωμετρίας των απομονωμένων νανοδιατρυπημάτων μέσα στη μεμβράνη. Στόχος ήταν να επιτευχθεί η επιθυμητή διαπερατότητα και εκλεκτικότητα, προσαρμόζοντας ακριβώς την τοποθεσία όσων περισσότερων νανοδιατρυπημάτων είναι δυνατόν.
Μέσω υπολογιστικών προσομοιώσεων, η ομάδα παρατήρησε ότι η κοντινή απόσταση μεταξύ των νανοδιατρυπημάτων στη νανοκλίμακα μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη διαπερατότητα του νερού και την απόρριψη του αλατιού. Συγκρίνοντας δύο δείγματα μεμβράνης, ένα με κανονικό εξάγωνο πλέγμα και ένα με σχέδιο μελισσιού, ανακάλυψαν ότι το εξάγωνο πλέγμα με μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των πόρων εμφάνισε ανώτερη απόδοση όσον αφορά τη διαπερατότητα και εκλεκτικότητα.
Αυτά τα ευρήματα αμφισβητούν τις υπάρχουσες θεωρίες και παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για το πώς η γειτονιά των πόρων επηρεάζει την κίνηση των ιόντων μέσω των μεμβρανών. Με μια καλύτερη κατανόηση αυτών των επιδράσεων, μπορούν να αναπτυχθούν πιο αποδοτικοί σχεδιασμοί νανοδιαπερατών μεμβρανών για την απολύμανση του νερού και άλλων διεργασιών διαχωρισμού.
Ο καθηγητής Haji-Akbari τόνισε ότι η υπόθεση ότι η αντίσταση στην πόρο είναι ανεξάρτητη από την γειτονιά της πόρου είναι εσφαλμένη. Τα αποτελέσματα της μελέτης υπογραμμίζουν τη σημασία της λήψης υπόψη της γειτνίασης των πόρων στο σχεδιασμό της μεμβράνης, επιτρέποντας μια καλύτερη απόδοση στη φιλτράριση του νερού και άλλων εφαρμογών.
Σύντομα Ερωτήσεις και Απαντήσεις:
Ε: Τι είναι νανοδιαπερατές μεμβράνες;
Α: Είναι μεμβράνες που έχουν μικροσκοπικές τρύπες σε μέγεθος νανομέτρων και χρησιμοποιούνται για τη φιλτράριση νερού και άλλων ουσιών.
Ε: Ποιες είναι οι εφαρμογές των νανοδιαπερατών μεμβρανών;
Α: Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν τη φιλτράριση ιών, την απολύμανση του νερού, την αποθήκευση αερίων, την παραγωγή ενέργειας και την παράδοση φαρμάκων.
Ε: Ποιος είναι ο ρόλος της γειτνίασης των πόρων στην απόδοση της μεμβράνης;
Α: Η γειτνίαση των πόρων επηρεάζει την κίνηση των ιόντων μέσω της μεμβράνης, επηρεάζοντας την απόδοση της φιλτράρισης του νερού και άλλων εφαρμογών.
Πηγή: ACSNano.org
The source of the article is from the blog elperiodicodearanjuez.es