Ultratynde nanosheets adskiller ioner fra vand

I en verdens første, et internationalt forskerhold, ledet af Monash University og ANSTO, har skabt en ultratynd porøs membran til fuldstændig adskillelse af potentielt skadelige ioner, såsom bly og kviksølv, fra vand.

Denne innovation kan forbedre afsaltningsprocessen og omdanne det mest beskidte vand til noget, der kan drikkes for millioner af mennesker over hele verden. Membranen fungerede støt i mere end 750 timer ved hjælp af begrænset energi. Det kan også fremstilles på global skala, afventende yderligere test.

Forskere udviklede for første gang vandstabile monolags aluminiumtetra- (4-carboxyphenyl) porphyrin-rammer (betegnet AI-MOF'er) nanosheets, og demonstrerede deres næsten perfektion som byggematerialer til membraner i ionadskillelse fra vand.

Disse Al-MOFs nanosheets, eksfolieret til bare en nanoskala i tykkelse, kan hjælpe med at fjerne skadelige kræftfremkaldende stoffer fra atmosfæren ved at skabe meget porøse membraner for at lette adskillelsesprocesserne for gasser og organiske opløsningsmidler, såsom maling.

Resultater fra undersøgelsen offentliggøres i Videnskab fremskridt .

Undersøgelsen blev ledet af professor Xiwang Zhang, Forsker i Institut for Kemiteknik ved Monash University og direktør for ARC Research Hub for Energieffektiv Separation, og Dr. Qinfen Gu, Hovedforsker ved ANSTOs australske synkrotron.

"På grund af den rige porøsitet og ensartede porestørrelse, Metal Organic Frameworks (MOF'er) giver betydelige fordele i forhold til andre materialer til præcis og hurtig membranseparation, "Sagde professor Zhang.

"Imidlertid, det er fortsat en skræmmende udfordring at fremstille ultratynde MOF-membraner (mindre end 100 nanometer) til vandrelateret behandling, da de fleste rapporterede MOF -membraner typisk er tykke og lider under utilstrækkelig hydrolytisk stabilitet.

"I denne verdens første undersøgelse, vi var i stand til at bruge disse ultratynde Al-MOF'er til at skabe en membran, der er gennemtrængelig for vand og samtidig opnå maksimal porøsitet med næsten 100 procent afvisning af ioner. Denne undersøgelse viser løfte om den fremtidige anvendelse af denne membran til andre filtreringsprocesser, såsom gasseparation. "

Polymerer er langt de mest udbredte membranmaterialer, hovedsagelig på grund af deres lette behandling og lave omkostninger, undersøgelsen tyder på.

Imidlertid, traditionelle polymere membraner til ionadskillelse fra vand indeholder normalt et tæt selektivt lag, fører til begrænset selektivitet. I modsætning, nanoporøse membraner, hvor ensartede nanoporer fungerer som sigtningsrollen, kan overvinde denne begrænsning.

Denne banebrydende undersøgelse bekræfter, at de iboende nanoporer i Al-MOFs nanosheets letter ion/vand-separationen ved at skabe lodret justerede kanaler som hovedtransportvej for vandmolekyler, og blev muliggjort af den unikke evne fra Australian Synchrotron til at analysere materialer på molekylært niveau.

"Vi bruger et instrument kaldet Powder Diffraction beamline på ANSTOs Australian Synchrotron, at forstå forskellen mellem molekylstrukturen af ​​nanosheetprøver, og prøver ved forskellige temperaturer, for at teste vandrensningsydelse, "Sagde Dr. Gu.

"Teknikken, kaldet in-situ, høj temperatur pulver røntgen diffraktion karakterisering, blev udført på nanosheets, og under processen var der ingen tydelige variationer i prøverne ved stigende temperatur, demonstrerer deres robusthed. "