Yeni Grafen Nano Kanallı Su Filtreleri

Grafen gibi iki boyutlu nanomalzemelerin tabakaları üst üste istiflendiğinde, tabakalar arasında çok çeşitli potansiyel kullanımlara sahip küçük boşluklar oluşur. Nature Communications dergisinde yayınlanan araştırmada, Brown Üniversitesi araştırmacılarından oluşan bir ekip, nano kanal adı verilen bu boşlukları, suyu ve diğer nano ölçekli kirletici sıvıları filtrelemek için daha kullanışlı hale getirmenin bir yolunu buldu.

Brown’s Mühendislik Okulu’nda profesör ve araştırmanın yazarlarından olan Robert Hurt “Son on yılda, 2 boyutlu nanomalzemeler arasında oluşan bu boşlukları incelemek için bütün bir alan ortaya çıktı,” dedi. “Orada bir şeyler yetiştirebilirsin, orada bir şeyler depolayabilirsin ve bu kanalları kullanarak diğerlerinin geçmesine izin verirken bazı molekülleri filtrelemek için kullandığın bu yeni ortaya çıkan nanakışkanlar alanı var.”

Bununla birlikte, bu nano kanalların filtreleme için kullanılmasında bir sorun var ve bu kanalların yönlendirilme biçimiyle ilgili. Yığılmış kağıtlardan yapılmış bir defter gibi, grafen yığınları, yatay uzunluk ve genişliklerine kıyasla dikey yönde incedir. Bu, tabakalar arasındaki kanalların aynı şekilde yatay olarak yönlendirildiği anlamına gelir. Bu, filtreleme için ideal değildir, çünkü sıvının bir kanalın bir ucundan diğerine geçmesi için nispeten uzun bir yol kat etmesi gerekir. Kanalların tabakaların yönüne dik olması daha iyi olurdu. Bu durumda sıvının, çok daha uzun uzunluk ve genişlik yerine, yığının yalnızca nispeten ince dikey yüksekliğini geçmesi gerekir.

Ancak Hurt, şimdiye kadar hiç kimsenin dikey olarak yönlendirilmiş grafen nano kanallar yapmanın iyi bir yolunu bulmadığını söylüyor. Ta ki, Hurt’un laboratuvarında eski bir doktora sonrası araştırmacı olan Muchun Liu, bunu yapmanın yeni bir yolunu bulana kadar.

Liu’nun yöntemi, grafen tabakaları germek için gerdirilen elastik bir alt tabaka üzerine istiflemeyi içerir. Tabakalar yerleştirildikten sonra, alt tabaka üzerindeki gerilim serbest kalır ve bu da büzülmesini sağlar. Bu olduğunda, üstteki grafen topluluğu keskin tepeler ve vadiler halinde kırışır.

Şu anda Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde araştırmacı olan Liu, “Grafeni kırışmaya başladığınızda, çarşafları ve kanalları düzlemin dışına doğru eğiyorsunuz” dedi. “Çok fazla kırışırsanız, kanallar neredeyse dikey olarak hizalanır.”

Kanallar neredeyse dikey olduğunda, montaj epoksi ile kaplanır ve daha sonra üstler ve alt kısımlar kesilir, bu da kanalları malzeme boyunca tamamen açar. Araştırmacılar, grupları VAGME’ler (dikey olarak hizalanmış grafen membranlar) olarak adlandırdılar.

Hurt “Elde ettiğimiz şey, sadece çok küçük moleküllerin geçebileceği bu kısa ve çok dar kanallara sahip bir zar” dedi. “Yani örneğin su geçebilir ancak organik kirleticiler veya bazı metal iyonları geçemeyecek kadar büyük olur. Böylece bunları filtreleyebilirsiniz.”

Kavram kanıtı testi, su buharının bir VAGME’den kolayca geçebileceğini, daha büyük bir organik molekül olan hekzan ise filtrelendiğini gösterdi. Araştırmacılar, potansiyel endüstriyel veya ev tipi filtreleme uygulamalarına göz atarak teknolojiyi geliştirmeye devam etmeyi planlıyor.

Araştırma, Ulusal Çevre Sağlığı Bilimleri Süper Finansman Araştırma Programı (P42 ES013660) Enstitüsü tarafından desteklenmiştir.