Naukowcy opracowali nanogąbki wykonane z kowalencyjnych struktur organicznych (COF) na grafenie, które mogą skutecznie filtrować zanieczyszczenia przemysłowe z wody.
Inżynierowie z Uniwersytetu Wiedeńskiego opracowali nowy materiał kompozytowy, który stanowi wydajny filtr do usuwania zanieczyszczeń organicznych z wody. System wykorzystuje superporowate „nanogąbki” osadzone na arkuszu grafenu. Kluczem do nowych filtrów jest klasa materiału zwana kowalencyjnymi strukturami organicznymi (COF – z ang. Covalent Organic Frameworks). Struktury te są niezwykle porowate, co zapewnia im ogromną powierzchnię na niewielkiej przestrzeni, co oznacza, że skutecznie chwytają duże ilości cząsteczek. Powiązane materiały, znane jako struktury metaloorganiczne (MOF – z ang. Metal-Organic Frameworks), są badane pod kątem zastosowania w wychwytywaniu dwutlenku węgla, odsalaniu lub wyciąganiu wody pitnej z powietrza, a COF mogą mieć podobny zestaw funkcji.
Może Cię zainteresować: Ten filtr zasilany energią słoneczną zabija patogeny w wodzie
W nowym badaniu naukowcy skupili się na wykorzystaniu COF do usuwania organicznych barwników z wody. Te chemikalia są powszechnym zanieczyszczeniem ścieków przemysłowych i mogą być toksyczne oraz rakotwórcze – nie wspominając o tym, że są trudne do usunięcia.
Zespół zmodyfikował COF, aby selektywnie chwytał cząsteczki barwnika organicznego. Obejmuje to nadanie porom odpowiedniego kształtu i rozmiaru – od 0,8 do 1,6 nanometra – oraz nadanie powierzchni ładunku ujemnego, aby przyciągnąć dodatnio naładowane cząsteczki barwnika.
Ale była jeszcze jedna przeszkoda do pokonania. Kiedy materiał jest używany w postaci sproszkowanej, pory na zewnętrznych krawędziach najpierw wypełniają się cząsteczkami, pozostawiając te w środku puste i zasadniczo bezużyteczne. Zespół opracował więc sposób na rozłożenie COF poprzez hodowanie go na arkuszu grafenu.
Poniższy schemat porównuje zwykłą masową COF do wydajniejszej wersji uprawianej na grafenie.
Efektem końcowym była dwunanometrowa warstwa COF na jednoatomowej warstwie grafenu, co zwiększyło maksymalną zdolność materiału do zatrzymywania cząsteczek barwnika organicznego. Sam grafen ma dość duże pory, dzięki czemu woda może szybko przepływać, podczas gdy COF wykonuje swoją pracę.
„Duże pory w sieci grafenowej w połączeniu z ultracienką warstwą COF i dużą liczbą miejsc adsorpcji umożliwiają szczególnie szybkie i wydajne oczyszczanie ścieków” – powiedzieli naukowcy.
Według zespołu technika powinna być również dość niedroga. Nie trzeba używać dużo grafenu, a COF można wyczyścić i ponownie użyć.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Angewandte Chemie.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: Uniwersytet Wiedeński | New Atlas