اقتصاد دانش بنیان

فناوری جدیدی برای تولید آب شیرین

غشایـی از گرافیـن که به کمک حل مشکل کم آبی خواهد آمد

تیم بین المللی محققانی از دانشگاه شین شو ژاپن و مرکز تحقیقات اتمی دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا نوعی پوشش بر پایه گرافین ابداع کرده اند که برای استفاده در غشاهای نمک زدایی قابلیت کاربرد دارد و از انواع متداول فناوری غشای نانو فیلتراسیون قدرتمندتر و بهینه تر عمل می کند.
نتیجه این مطالعات تولید غشاهای موثر و با عملکرد بالاست که برای تصفیه آب، جداسازی پروتئین ها، سیستم های دفع و تیمار فاضلاب و همچنین صنایع داروسازی و غذایی کاربرد خواهد داشت. دکتر موریسیو ترودنس، استاد بخش مهندسی مواد دانشگاه پنسیلوانیا، می گوید: «رویای ما ساخت یک غشای هوشمند است که بتواند مجموعه ای از ویژگی را با هم داشته باشد، از جمله نرخ جریان بالا، عملکرد مفید، طول عمر طولانی، قابلیت جداسازی بقایای آلی و غیر آلی و امکان خودبازسازی. به این ترتیب راهی برای تهیه آب سالم و پاک در مناطقی از دنیا که دسترسی به منابع آبی باکیفیت وجود ندارد، فراهم می شود؛ این پژوهش ما را در این مسیر حرکت می دهد.»
فناوری نوین
غشای دورگه یا هیبریدی که برای طراحی آن از یک فناوری ساده بر پایه اسپری مواد بهره گرفته شده است، تلفیقی از اکسید گرافین و چندین لایه گرافین محلول را روی یک غشای حایل پلی سولفونی که به کمک پلی ونیل  الکل تغییر یافته، پوشش  می دهد. قسمت غشا حفاظت کننده حایل استحکام بر استحکام غشای هیبرید می افزاید. به این ترتیب نوآوری ارائه شده می تواند در برابر شدت جریان بالای عبوری، فشار شدید و قرار گرفتن در معرض کلر به خوبی دوام بیاورد. حتی در مراحل اولیه طراحی و ساخت، غشا می توانست تا ۸۵ درصد نمک را از محیط بزداید که برای کاربرد جهت مصارف کشاورزی کفایت می کرد. در این حالت هنوز امکان نوشیدن آب تصفیه شده وجود نداشت و برای حذف ۹۶ درصد مولکول های رنگ مناسب نبود. رنگ هایی که در صنعت نساجی به کار می روند، به شدت آلوده کننده به حساب می آیند و در حال حاضر در برخی مناطق دنیا پساب این کارخانه ها به رودخانه ها ریخته می شود.
کلر به صورت عمومی برای بهبود ویژگی جداسازی ترکیبات آلی در غشاها به کار می رود اما کلر به سرعت سبب خرابی غشاهای پلیمری متداول می شود. اضافه کردن چند لایه گرافین غشای جدید را به میزان بسیار زیادی در برابر کلر مقاوم می سازد. گرافین استحکام مکانیکی بالایی دارد و پیش  بینی شده که گرافین متخلخل می تواند تا صددرصد از عبور نمک جلوگیری کند و به این ترتیب به لحاظ تئوری ماده ایده آل برای تولید غشاهای نمک زدایی در نظر گرفته می شود. اما چالش های بسیاری در تهیه گرافین در مقادیر صنعتی وجود دارد از جمله کنترل تخریب و نیاز به تکنیک های انتقال پیچیده ای که برای مدیریت مواد دوبعدی لازم است.
این مطالعه سعی بر غلبه بر چالش اول یعنی تهیه در حجم صنعتی و تولید غشاهای مقرون به صرفه و با کیفیت بالا دارد. پژوهش در مرکز نوآوری جهانی آب و موسسه علوم کربن و فناوری دانشگاه شین  شو در شهر ناگاتو ژاپن انجام شد و نتایج این مطالعه در مجله Nature-Nanotechnology به چاپ رسید.
دکتر آرون مورلس گومز از محققان این پروژه می گوید: «غشای ابداعی ما بر چالش حل پذیری اکسید گرافین به وسیله کاربرد پلی ونیل الکل به عنوان ترکیب چسبنده غلبه می کند و به غشا در برابر جریان شدید آب و فشار بالا استحکام می بخشد. با تلفیق کردن اکسید گرافین با گرافین مقاومت شیمیایی آن بهبود نشان می دهد. این اولین قدم به سوی غشاهای موثر و هوشمند تر است که می تواند در محیط های مختلف سازگار شود. با انجام پژوهش های این چنینی راه برای غلبه بر چالش کم آبی باز می شود.»

منبع: مجله دانش بنیان