Нанотрубки, полые структуры, состоящие из атомов углерода в уникальном расположении, более чем в 50 000 раз тоньше человеческого волоса. Сверхгладкая внутренняя поверхность нанотрубок обеспечивает их удивительно высокую водопроницаемость, в то время как крошечные поры блокируют более крупные ионы соли.Возрастающий спрос на пресную воду представляет собой глобальную угрозу для устойчивого развития, в результате чего нехватка воды для 4 миллиардов человек.
Современные технологии очистки воды могут выиграть от разработки мембран со специализированными порами, которые имитируют высокоэффективные и селективные к воде биологические белки.«Мы обнаружили, что углеродные нанотрубки с диаметром меньше нанометра несут ключевую структурную особенность, которая обеспечивает улучшенный транспорт. Узкий гидрофобный канал заставляет воду перемещаться в виде единого файла — явление, подобное тому, которое наблюдается в наиболее эффективных биологических переносчиках воды. — сказал Рамия Тунугунтла, научный сотрудник LLNL и соавтор рукописи, опубликованной 24 августа в журнале Science.Компьютерное моделирование и экспериментальные исследования переноса воды через УНТ диаметром более 1 нм показали усиленный поток воды, но не соответствовали эффективности переноса биологических белков и не позволяли эффективно отделять соль, особенно при более высокой солености.
Ключевым прорывом, достигнутым командой LLNL, стало использование нанотрубок меньшего диаметра, которые обеспечили необходимый прирост производительности.«Эти исследования раскрыли детали механизма переноса воды и показали, что рациональное изменение этих параметров может повысить эффективность пор», — сказал Мени Вануну, профессор физики Северо-Восточного университета и соавтор исследования.
«Углеродные нанотрубки — уникальная платформа для изучения молекулярного транспорта и наножидкостей», — сказал Алекс Ной, главный исследователь LLNL по проекту CNT и старший автор статьи. «Их субнанометровый размер, атомарно гладкие поверхности и сходство с клеточными водопроводными каналами делают их исключительно подходящими для этой цели, и очень интересно создать синтетический водный канал, который работает лучше, чем собственный природный».Это открытие ученых LLNL и их коллег имеет очевидные последствия для следующего поколения технологий очистки воды и вызовет новый интерес к разработке следующего поколения высокопроницаемых мембран.Видео: https://www.youtube.com/watch?v=ylw-u6IZ1AI