realist | БУДУЩЕЕ
Что в карандаше сможет опреснить морскую воду
Алена Комарова
Ученые из Манчестерского университета (да-да, британские ученые) нашли способ фильтрации морской воды. Сейчас для опреснения соленой воды используются перегонные установки и фильтры обратного осмоса, которые потребляют много энергии, что, конечно же, вредит экологии. В то же время, потребность в легком и доступном опреснении воды растет с каждым годом. По оценкам ООН, к 2025 году около 14% населения Земли столкнется с острой нехваткой питьевой воды. Сейчас же мы стали на шаг ближе к решению этих проблем.
Есть такое вещество – графен. При своей гибкости и толщине всего в один атом, графен прочнее алмаза. Если бы можно было поставить слона на карандаш, а карандаш поместить на кусочек графена, угадайте, что бы сломалось, а что бы уцелело?
Графен – это углеродная мембрана (тончайшая гибкая пленка), которая выглядит как пластинка из идеальных шестиугольных решеток. Его используют в создании автомобильных аккумуляторов и гибких дисплеев для смартфонов, с его помощью восстанавливают кости и даже лечат рак.
Из-за относительно небольших масштабов производства, графен сейчас стоит наравне с драгоценными металлами. Эксперты прогнозируют, что скоро эта ситуация изменится, так как спрос на вещество только растет. А пока вы можете самостоятельно попробовать сделать графен. Но только в том случае, если имеете под рукой карандаш и скотч.
Оторвите кусок скотча, теперь срежьте (ах, да, вам еще понадобится лезвие или любая другая острая штуковина) с грифеля карандаша тонкий кусочек графита. Теперь положите этот кусочек на липкую сторону скотча. Сложите ленту вдвое, чтобы графит сверху был накрыт клейкой стороной. Рассоедините ленту.
Что вы видите? Пятно от графита осталось на противоположной стороне ленты. Это с него сползло несколько слоев углерода. Точно так же они сползают, когда вы пишите карандашом. Если повторите манипуляции с лентой определенное количество раз, то сможете получить всего один или два таких слоя углерода – это и будет графен.
Именно этим способом в 2004 году графен впервые добыли двое российских ученых – Андрей Гейм и Константин Новоселов, за что и получили Нобелевскую премию.
Именно этим способом в 2004 году графен впервые добыли двое российских ученых – Андрей Гейм и Константин Новоселов, за что и получили Нобелевскую премию.
А теперь вернемся к фильтру для опреснения воды.
Чтобы фильтр пропускал молекулы воды и при этом останавливал морские соли, его поры должны быть диаметром не больше одного нанометра (размер приблизительно десяти атомов). Раньше ученые уже пробовали использовать для фильтрации соленой воды оксид графена (окисленный графен). Вот только проблема была в том, что мембрана вещества при намачивании разбухала, в результате ее мельчайшие отверстия увеличивались и начинали пропускать ионы солей.
Чтобы фильтр пропускал молекулы воды и при этом останавливал морские соли, его поры должны быть диаметром не больше одного нанометра (размер приблизительно десяти атомов). Раньше ученые уже пробовали использовать для фильтрации соленой воды оксид графена (окисленный графен). Вот только проблема была в том, что мембрана вещества при намачивании разбухала, в результате ее мельчайшие отверстия увеличивались и начинали пропускать ионы солей.
Команда британский ученых под руководством доктора Рахула Найра, при участии Андрея Гейма (того парня, что в первые смог добыть графен), предложила метод, который предотвращает расширение пор мембраны оксида графена при погружении в воду. У исследователей получилось контролировать диаметр отверстий пленки, а заодно и регулировать фильтрующие свойства оксида графена, ну то есть самостоятельно решать какое количество солей нужно оставить в воде.
Для того, чтобы пройти через мембрану вслед за водой, молекулы соли должны находиться в водяной оболочке. Вот таком виде они оказываются слишком большими и не могут «пролезть» в поры фильтра. У молекул же воды все схвачено: они цепляются друг за друга, и по одной легко проходят сквозь мембрану, как поезд, мчащий через туннель.
