Графен опресняет воду

11.04.2017

Проблема доступа к воде становится все более острой для Земли - по оценкам ООН, к 2025 году более 14% жителей планеты будут испытывать трудности с доступом к чистой питьевой воде. На сегодняшний день существует несколько десятков методов и технологий опреснения морской воды, часть из которых иногда применяется в промышленных масштабах в богатых арабских странах, страдающих от недостатка пресной воды.

Все эти методики опреснения страдают от двух главных недостатков - эти технологии или слишком дороги и много тратят энергии, или же системы очистки быстро засоряются и приходят в негодность. Все это делает опреснение бессмысленным с экономической точки зрения.

Андрей Гейм, лауреат Нобелевской премии по физике 2010 года, и его коллеги по Манчестерскому университету нашли новое применение для графена - нового материала на базе углерода, созданного Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году. Они обнаружили, что графен можно превратить в особое атомное "решето", если учесть то, как ведут себя различные ионы в окружении молекул воды.

Команда Гейма обратила внимание на одно простое свойство воды, которое известно химикам уже более ста лет - способность образовать слабые водородные связи с отрицательно и положительно заряженными ионами. Это "умение" воды объясняет то, почему она хорошо растворяет в себе большую часть солей, сахаров, кислот и других органических и неорганических соединений. Фактически, после растворения соли в воде каждый ее ион оказывается окружен своеобразной "шубой" из молекул воды.

Ионы в такой "шубе", как заметили Гейм и его коллеги, будут заметно больше по размерам, чем сами молекулы воды или нейтрально заряженные атомы. Благодаря этому их можно отсеять от воды, если создать сито, пропускающее молекулы воды, но не пропускающее более крупные ионы. Ионы будут задерживаться им из-за того, что те просто не "влезают" в них, не потеряв часть молекул воды, что невыгодно с энергетической точки зрения с точки зрения законов физики.

Ученые давно пытались приспособить для этих целей "нобелевский углерод", однако проблема заключалась в том, что пленки графена разбухают при попадании в воду и начинают пропускать не только воду, но и ионы магния, натрия и ряда других веществ. Гейм, Найр и их коллеги решили эту проблему, научившись склеивать одиночные полоски из графена таким образом, что они почти не разбухают при контакте с водой, при помощи обычного эпоксидного клея.

В таком виде подобные "графеновые решета" пропускают лишь 2% ионов магния, натрия, калия, лития и других элементов, что фактически превращает их в сверхэффективные опреснители воды, не требующие внешних источников энергии. Пока не понятно, как такие пленки будут реагировать на загрязнение. Физики планируют проверить в ближайшее время.

То, какие ионы и как много их пропускает подобное "сито", зависит от расстояния между пленками, что позволяет использовать их не только для опреснения воды, но и очистки различных образцов от ненужных ионов или молекул. Как надеются ученые, простота изготовления их мембран, их невысокая стоимость и высокая эффективность работы помогут им быстро проникнуть даже в самые бедные уголки Земли и тем самым помочь решить проблему с доступом к воде.

<< Назад: Китай - крупнейший в производитель солнечной энергии 12.04.2017

>> Вперед: Умная детская кроватка от Ford 11.04.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Наушники Bowers & Wilkins Px8 S2 11.11.2025

Наушники премиум-класса становятся не только аксессуаром для прослушивания музыки, но и инструментом для профессиональной работы с аудио. Новый флагман британского бренда Bowers & Wilkins - модель Px8 S2 - демонстрирует, как эти аспекты можно объединить в одной беспроводной системе. Компания представила Px8 S2 как обновленную флагманскую модель в линейке, ориентированную на пользователей, которые ценят высокое качество звука, эффективное шумоподавление и премиальный дизайн. Производитель отмечает, что наушники сочетают передовые акустические решения с эргономикой для длительного использования. Каждое устройство оснащено 40-миллиметровыми динамиками с карбоновыми диффузорами и 24-битным цифровым процессором. По словам Bowers & Wilkins, это обеспечивает точное и детализированное воспроизведение звукового спектра, а также поддержку аудио высокого разрешения. Автоматическая оптимизация соединения с источником сигнала гарантирует стабильное и качественное звучание вне зависимо ...>>

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Случайная новость из Архива Человеческие эмбрионы созданы искусственно 28.06.2023 Созданные эмбрионы лишены сердечных и мозговых структур, но включают клетки, ответственные за формирование плаценты, желточного мешка и самого эмбриона. Научные эксперты разработали синтетические эмбрионы человека, используя стволовые клетки. Это значительное достижение открывает новые перспективы без использования яйцеклеток и спермы. Исследователи утверждают, что эти модели эмбриональных структур, имитирующие ранние стадии человеческого развития, помогут расширить наши знания о генетических расстройствах и биологических причинах повторных выкидышей. Хотя эти структуры не обладают биением сердца или развитым мозгом, они включают клетки, обычно отвечающие за формирование плаценты, желточного мешка и самого эмбриона. Однако это открытие вызывает значительные этические и юридические вопросы, поскольку эти созданные эмбрионы не подпадают под существующие законы большинства стран мира. В настоящее время не предполагается использование синтетических эмбрионов в клинической практике. Пересадка их в утробу пациентов является незаконной, а также неизвестно, способны ли эти структуры продолжать свое развитие. "Идея заключается в том, что если мы сможем достоверно моделировать нормальное эмбриональное развитие человека с использованием стволовых клеток, мы сможем получить значительное количество информации о начальном стадии нашего развития и возможных нарушениях. При этом мы не будем использовать ранние эмбрионы в качестве объектов исследования", - объяснила профессор Робин Ловелл-Бедж, руководитель отдела биологии стволовых клеток и генетики развития в Институте Френсиса Крика в Лондоне.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025