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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Безлинзовая ИК-система 02.10.2025

Инфракрасные технологии занимают особое место в науке и технике. Они позволяют заглянуть туда, где человеческий глаз бессилен, - в темноту, сквозь дымку или туман, на значительные расстояния. Однако развитие этой области сдерживают дорогие и капризные камеры, требующие охлаждения и сложного обслуживания. Китайские исследователи предложили неожиданный выход: создание безлинзовой системы, которая превращает невидимое инфракрасное излучение в четкие изображения с помощью оптики нового поколения. В основе этой разработки лежит древняя идея "изображения через отверстие", о которой еще в IV веке до нашей эры писал философ Мо-цзы. Современные ученые пошли дальше и вместо физической дырочки сформировали оптическое отверстие прямо в нелинейном кристалле, используя сверхкороткие лазерные импульсы. Такое решение позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет, который без труда фиксируется обычными кремниевыми сенсорами. Руководитель проекта профессор Хэпинг Цзэн подчеркивае ...>>

Жара вызывает агрессию 01.10.2025

Животный мир чутко реагирует на изменения температуры, и в последние годы ученые все чаще обращают внимание на то, как жара влияет не только на физиологию, но и на поведение живых существ. Рост глобальных температур способен не только изменять экосистемы, но и формировать новые социальные модели у животных. Одним из тревожных проявлений оказывается рост агрессивности, который наблюдается у самых разных видов. В лаборатории Университета Юга в Сьюани, штат Теннеси, экологи наблюдали за чернобрюхими саламандрами Desmognathus amphileucus. Эти небольшие амфибии, обитающие в ручьях Аппалачей, продемонстрировали ярко выраженное территориальное поведение: они пытались кусать соперников и заставлять их покидать занятую территорию. Интересно, что у близкородственных видов - саламандры Окои и тритона - подобных реакций не зафиксировали. Это подчеркивает избирательность явления и его связь с особенностями конкретных организмов. Сходные результаты были получены и в экспериментах с другими вид ...>>

Случайная новость из Архива Твердотельные накопители Toshiba RD500 и RC500 02.08.2019 Компания Toshiba Memory Europe анонсировала твердотельные накопители формата M.2 NVMe в новых сериях RD500 и RC500. Представители первой позиционируются в качестве решений для производительных игровых систем, тогда как новинки второй серии подойдут скорее для рядовых пользователей и тех, кто хочет освежить свой систему, но не нуждается в максимально быстром накопителе. Твердотельные накопители Toshiba RD500 и RC500 построены с использованием современных 96-слойных микросхем флеш-памяти TLC BiCS (TLC 3D NAND) и обладают SLC-кешем. Новинки выполнены в формате компактных модулей M.2 2280 и подключаются к системе посредством четырех линий PCIe 3.0. Также они соответствуют спецификациям NVMe 1.3c. Новинки серии RD500 доступны в версиях объемом 500 Гбайт, 1 и 2 Тбайт. Они используют новый 8-канальный контроллер, который способен обеспечить им скорость последовательного чтения в 3400 Мбайт/с и скорость последовательной записи в 3200 Мбайт/с. Производительности в случайном чтении и записи (4K, QD32, T8) составляет 685 000 и 625 000 IOPS соответственно. В свою очередь накопители Toshiba RC500 выйдут в версиях на 250 и 500 Гбайт, а также 1 Тбайт. Они получили менее продвинутый 4-канальный контроллер, который способен обеспечить скорость последовательного чтения и записи в 1700 и 1600 Мбайт/с соответственно. Скорость случайного чтения составляет 355 000 IOPS, а случайно записи - 410 000 IOPS. Твердотельные накопители Toshiba RD500 и RC500 поступят в продажу в четвертом квартале текущего года.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025