محققان می‌گویند، نانوساختارهای فلوئور می‌توانند آب را ۲۴۰۰ برابر سریع‌تر از نانولوله‌های کربنی نمک‌زدایی کنند.
ساینسیو – به نقل از ایسنا و آی‌ای، قسمتی از یک تار مو را تصور کنید. این سطح کوچک که تقریباً یک میلیونم متر قطر دارد، در مقایسه با منافذ موجود در نوع جدیدی از فیلتر که توسط مهندسان دانشگاه “توکیو” در ژاپن ساخته شده‌اند، بسیار بزرگ هستند!
محققان در مقاله‌ای که به تازگی در مجله معتبر ساینس(Science) منتشر شده است، روش جدید خود را برای نمک‌زدایی آب با استفاده از حلقه‌های فلوئور به قطر ۱ تا ۲ نانومتر معرفی کرده‌اند. خواص آبگریز این ماده شیمیایی به توانایی قابل توجه آن در فیلتر کردن مولکول‌های نمک با سرعت و کارایی چشمگیر کمک می‌کند.
“یوشیمیتسو ایتو” مهندس مواد و یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: دیدن نتایج به صورت مستقیم بسیار هیجان انگیز بود. کانال‌های آزمایشی کوچک‌تر ما مولکول‌های نمک ورودی را کاملاً رد می‌کردند و کانال‌های بزرگ‌تر نیز نسبت به سایر تکنیک‌های نمک‌زدایی و حتی فیلترهای نانولوله‌های کربنی پیشرفته، پیشرفت قابل توجهی را نشان دادند.
فلوئور عنصر مناسبی برای منافذ بسیار کوچک است
نوآوری کلیدی در این فناوری جدید نمک‌زدایی، “فلوئور” است، یک عنصر آبگریز که مدت‌ها است مورد توجه است. این تصادفی نیست که فلوئور یک عنصر کلیدی در تفلون است که در تابه‌های نچسب برای جلوگیری از چسبیدن غذاهای سرخ شدنی مانند تخم‌مرغ و همچنین درون لوله‌ها استفاده می‌شود تا مایعات به شکل بهتری جریان پیدا کنند.
در سطح نانو، فلوئور یون‌های دارای بار منفی از جمله کلر موجود در نمک (NaCl) را دفع می‌کند. خواص الکتریکی آن همچنین توده‌هایی از مولکول‌های آب را می‌شکند که می‌توانند مایع را تا حد امکان آزادانه جریان دهند.
محققان با چیدن چندین حلقه فلوئور روی هم غشاهایی برای تشکیل لوله ایجاد کردند. آنها لوله‌ها را در کنار هم در لایه‌ای از مولکول‌های لیپیدی قرار دادند که آب‌بند نبودند و چیزی شبیه غشای سلولی ایجاد کردند. بدین ترتیب از مولکول‌های آب استقبال می‌شود، اما از مولکول‌های نمک جلوگیری می‌شود.
“ایتو” می‌گوید: تعجب من از این بود که این روند با چه سرعتی اتفاق می‌افتد. نمونه ما چندین هزار برابر سریع‌تر از دستگاه‌های رایج صنعتی و حدود ۲۴۰۰ برابر سریع‌تر از دستگاه‌های نمک‌زدایی آزمایشی مبتنی بر نانولوله‌های کربنی عمل کرد.
راه طولانی تا تجاری سازی
تبدیل آب دریا به چیزی که انسان بتواند بنوشد، یک ظرفیت تکنولوژیکی حیاتی است که روز به روز اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
“ایتو” می‌گوید: در حال حاضر دو راه اصلی برای نمک‌زدایی آب وجود دارد: استفاده از گرما برای تبخیر آب دریا به طوری که به صورت آب خالص میعان شود، یا با اسمز معکوس که از فشار برای هل دادن آب به داخل غشایی که نمک را فیلتر می‌کند، استفاده می‌کند.
در حالی که ثابت شده است که این فناوری‌ها در مقیاس‌های بزرگ عملی هستند، اما به انرژی زیادی نیاز دارند. اکنون نتایج اولیه این مطالعه جدید نشان می‌دهد که نانوساختارهای فلوئور می‌توانند پیشرفت بزرگی در نمک‌زدایی آب باشند که بسیار کارآمدتر هستند، چرا که به گفته محققان نانوکانال‌های فلوئور به انرژی کمی نیاز دارند.
در حال حاضر، فرآیند تولید مواد جدید به انرژی زیادی نیاز دارد، اما محققان فکر می‌کنند که می‌توانند این هزینه‌ها را کاهش دهند.
“ایتو” می‌گوید: با توجه به طول عمر غشاها و هزینه‌های عملیاتی کم آنها، هزینه کلی بسیار کمتر از روش‌های فعلی خواهد بود.
مطالعه فعلی چشمگیر است، اما تا یک نمونه کاربردی که جامعه بتواند به آن تکیه کند، فاصله زیادی دارد. “ایتو” می‌گوید: نمونه‌های آزمایشی ما تک کاناله بودند، اما با کمک سایر متخصصان امیدواریم که در چند سال آینده غشایی به طول حدود یک متر ایجاد کنیم.
محققان همچنین برنامه‌هایی برای بررسی کاربرد این فناوری، فراتر از نمک زدایی آب دارند.
“ایتو” می‌گوید: ما همچنین در حال بررسی این هستیم که آیا غشاهای مشابه می‌توانند برای کاهش کربن دی اکسید یا سایر محصولات زائد نامطلوب منتشر شده توسط صنایع مختلف استفاده شوند یا خیر.