Hurtigt og ikke så beskidt:Et hurtigt nanofilter til rent vand

Australske forskere har designet et hurtigt nanofilter, der kan rense snavset vand over 100 gange hurtigere end den nuværende teknologi.

Enkel at lave og nem at skalere op, teknologien udnytter naturligt forekommende nanostrukturer, der vokser på flydende metaller.

RMIT University og University of New South Wales (UNSW) forskere bag innovationen har vist, at den kan filtrere både tungmetaller og olier fra vand med ekstraordinær hastighed.

RMIT-forsker Dr. Ali Zavabeti sagde, at vandforurening fortsat er en betydelig udfordring globalt – 1 ud af 9 mennesker har ikke rent vand tæt på hjemmet.

"Tungmetalforurening forårsager alvorlige helbredsproblemer, og børn er særligt sårbare, " sagde Zavabeti.

"Vores nye nanofilter er bæredygtigt, miljøvenligt, skalerbar og lav pris.

"Vi har vist, at det virker til at fjerne bly og olie fra vand, men vi ved også, at det har potentiale til at målrette mod andre almindelige forurenende stoffer.

"Tidligere forskning har allerede vist, at de materialer, vi brugte, er effektive til at absorbere forurenende stoffer som kviksølv, sulfater og fosfater.

"Med yderligere udvikling og kommerciel støtte, dette nye nanofilter kunne være en billig og ultrahurtig løsning på problemet med snavset vand."

Den flydende metalkemiproces udviklet af forskerne har potentielle anvendelser på tværs af en række industrier, herunder elektronik, membraner, optik og katalyse.

"Teknikken er potentielt af betydelig industriel værdi, da det let kan opskaleres, det flydende metal kan genbruges, og processen kræver kun korte reaktionstider og lave temperaturer, " sagde Zavabeti.

Projektleder professor Kourosh Kalantar-zadeh, Æresprofessor ved RMIT, Australian Research Council Laureate Fellow og professor i kemiteknik ved UNSW, sagde den flydende metalkemi, der blev brugt i processen, gjorde det muligt at dyrke forskelligt formede nanostrukturer, enten som de atomare tynde plader, der bruges til nanofiltret, eller som nanofibrøse strukturer.

"At dyrke disse materialer konventionelt er strømkrævende, kræver høje temperaturer, lang behandlingstid og bruger giftige metaller. Flydende metalkemi undgår alle disse problemer, så det er et fremragende alternativ."

Hvordan det virker

Den banebrydende teknologi er bæredygtig, miljøvenligt, skalerbar og lavpris.

Forskerne skabte en legering ved at kombinere gallium-baserede flydende metaller med aluminium.

Når denne legering udsættes for vand, nanotynde plader af aluminiumoxidforbindelser vokser naturligt på overfladen.

Disse atomare tynde lag-100, 000 gange tyndere end et menneskehår – stabler igen på en rynket måde, gør dem meget porøse.

Dette gør det muligt for vand at passere hurtigt igennem, mens aluminiumoxidforbindelserne absorberer forureningen.

Eksperimenter viste, at nanofilteret lavet af stablede atomisk tynde plader var effektivt til at fjerne bly fra vand, der var blevet forurenet ved over 13 gange sikre drikkeniveauer, og var yderst effektiv til at adskille olie fra vand.

Processen genererer intet affald og kræver kun aluminium og vand, med de flydende metaller, der genbruges til hver ny batch af nanostrukturer.

Metoden udviklet af forskerne kan bruges til at dyrke nanostrukturerede materialer som ultratynde plader og også som nanofibre.

Disse forskellige former har forskellige egenskaber - de ultratynde plader, der blev brugt i nanofiltereksperimenterne, har høj mekanisk stivhed, mens nanofibrene er meget gennemskinnelige.

Evnen til at dyrke materialer med forskellige egenskaber giver muligheder for at skræddersy formerne for at forbedre deres forskellige egenskaber til applikationer inden for elektronik, membraner, optik og katalyse.

Forskningen er finansieret af Australian Research Council Center for Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET).

Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer .