Grafenvandfilter gør whisky klar

Tidligere har grafenoxid-membraner vist sig at være fuldstændig uigennemtrængelige for alle opløsningsmidler undtagen vand. Imidlertid, en undersøgelse offentliggjort i Naturmaterialer , viser nu, at vi kan skræddersy de molekyler, der passerer gennem disse membraner, ved blot at gøre dem ultratynde.

Forskergruppen ledet af professor Rahul Nair ved National Graphene Institute og School of Chemical Engineering and Analytical Science ved University of Manchester skræddersyede denne membran, så alle opløsningsmidler kunne passere igennem, men uden at gå på kompromis med dens evne til at sile de mindste partikler ud.

I de nyudviklede ultratynde membraner, grafenoxidplader samles på en sådan måde, at huller dannet under samlingen er forbundet med grafen-nanokanaler, som producerer en sigte i atomskala, der tillader den store strøm af opløsningsmidler gennem membranen.

Denne nye forskning giver mulighed for ekspansion i anvendelser af grafenbaserede membraner fra afsaltning af havvand til organisk opløsningsmiddel -nanofiltrering (OSN). I modsætning til afsaltning af havvand, som adskiller salte fra vand, OSN-teknologien adskiller ladede eller uladede organiske forbindelser fra et organisk opløsningsmiddel.

Som et eksempel, Manchester-forskere påviste, at grafenoxidmembraner kan designes til fuldstændigt at fjerne forskellige organiske farvestoffer så små som en nanometer opløst i methanol.

Prof. Nair sagde, "Bare for sjov, vi filtrerede endda whisky og cognac gennem grafenoxid-membranen. Membranen tillod alkoholen at passere igennem, men fjernede de større molekyler, som giver den ravfarvede farve. Den klare whisky dufter ligesom den originale whisky, men vi må ikke drikke den i laboratoriet, men det var et sjovt fredag ​​aften eksperiment!"

De nyudviklede membraner filtrerer ikke kun små molekyler fra, men de øger filtreringseffektiviteten ved at øge opløsningsmidlets flowhastighed.

Prof. Nair tilføjede "Kemisk adskillelse handler om energi, forskellige kemiske separationsprocesser bruger omkring halvdelen af ​​det industrielle energiforbrug. Enhver ny effektiv separationsproces vil minimere forbruget af energi, som er meget efterspurgt nu. Inden 2030, verden forventes at forbruge 60 % mere energi end i dag."

Dr. Su, der ledede eksperimentet tilføjede "De udviklede membraner er ikke kun nyttige til filtrering af alkohol, men den præcise sigtestørrelse og høje flux åbner nye muligheder for at adskille molekyler fra forskellige organiske opløsningsmidler til kemiske og farmaceutiske industrier. Denne udvikling er særlig vigtig, fordi de fleste af de eksisterende polymerbaserede membraner er ustabile i organiske opløsningsmidler, mens den udviklede grafenoxidmembran er meget stabil."

Grafenoxid-membraner udviklet på National Graphene Institute har tiltrukket bred opmærksomhed for vandfiltrering og afsaltning, giver en potentiel løsning på vandmanglen.

Ved at bruge ultratynde membraner, dette er det første klare eksperiment for at vise, hvordan andre opløsningsmidler kan filtreres fra, beviser, at der er potentiale for organisk opløsningsmiddel nanofiltrering.

Grafen - verdens første todimensionelle materiale er kendt for sine alsidige superlativer, det kan være både hydrofobt og hydrofilt, stærkere end stål, fleksibel, bøjeligt og en million gange tyndere end et menneskehår.

Denne forskning har ændret opfattelsen af, hvad grafenoxid-membraner er i stand til, og hvordan vi kan bruge dem. Ved at være i stand til at designe disse membraner til at filtrere specifikke molekyler eller opløsningsmidler, det åbner op for nye potentielle anvendelser, der tidligere ikke er blevet undersøgt.