Carbon nanorør, der er deres salt værd

Lawrence Livermore forskere, i samarbejde med forskere ved Northeastern University, har udviklet carbon nanorørsporer, der kan udelukke salt fra havvand. Holdet fandt også ud, at vandpermeabilitet i kulstofnanorør (CNT'er) med diametre mindre end et nanometer (0,8 nm) overstiger bredden af ​​kulstofnanorør med en størrelsesorden.

Nanorørene, hule strukturer lavet af carbonatomer i et unikt arrangement, er mere end 50, 000 gange tyndere end et menneskehår. Den superglatte indre overflade af nanorøret er ansvarlig for deres bemærkelsesværdige høje vandgennemtrængelighed, mens den lille porestørrelse blokerer større saltioner.

Stigende krav til ferskvand udgør en global trussel mod bæredygtig udvikling, resulterer i vandmangel for 4 milliarder mennesker. Nuværende vandrensningsteknologier kan drage fordel af udviklingen af ​​membraner med specialiserede porer, der efterligner meget effektive og vandselektive biologiske proteiner.

"Vi fandt ud af, at carbon nanorør med diametre mindre end et nanometer bærer en vigtig strukturel egenskab, der muliggør forbedret transport. Den smalle hydrofobe kanal tvinger vand til at translokere i et enkeltfilarrangement, et fænomen, der ligner det, der findes i de mest effektive biologiske vandtransportører, "sagde Ramya Tunuguntla, en LLNL postdoktoral forsker og medforfatter til manuskriptet, der optræder i udgaven af ​​24. august Videnskab .

Computersimuleringer og eksperimentelle undersøgelser af vandtransport gennem CNT'er med diametre større end 1 nm viste forbedret vandgennemstrømning, men matchede ikke transporteffektiviteten af ​​biologiske proteiner og adskilte ikke salt effektivt, især ved højere saltholdigheder. Det vigtigste gennembrud opnået af LLNL-teamet var at bruge nanorør med mindre diameter, der leverede det nødvendige boost i ydeevne.

"Disse undersøgelser afslørede detaljerne i vandtransportmekanismen og viste, at rationel manipulation af disse parametre kan øge porens effektivitet, "sagde Meni Wanunu, en fysikprofessor ved Northeastern University og medforfatter på undersøgelsen.

"Carbon nanorør er en unik platform til undersøgelse af molekylær transport og nanofluidik, sagde Alex Noy, LLNL -hovedforsker på CNT -projektet og en seniorforfatter på papiret. "Deres sub-nanometer størrelse, atomisk glatte overflader og lighed med cellulære vandtransportkanaler gør dem usædvanligt velegnede til dette formål, og det er meget spændende at lave en syntetisk vandkanal, der fungerer bedre end naturens egen. "

Denne opdagelse af LLNL-forskerne og deres kolleger har klare konsekvenser for den næste generation af vandrensningsteknologier og vil tilskynde til en fornyet interesse for udviklingen af ​​den næste generation af high-flux-membraner.