Японскими научными специалистами из Токийского университета для опреснения воды предложено использовать мембраны, изготовленные из наноканалов, состоящих из фторидных комплексов. Этот метод оказался более экономичным и эффективным, чем используемые в настоящее время. Статья об исследовании опубликована в журнале Science.
Известно, что уже более 40% людей в мире страдают от нехватки питьевой воды. Ученые разрабатывают различные методы опреснения солоноватой воды. Например, существует термический метод, при котором морская вода испаряется для получения пресной воды в конденсате. Также используется обратный осмос: под давлением вода продавливается через мембрану, при этом ионы, входящие в состав соли, не проходят через нее. Оба эти метода довольно энергоемки, что не выгодно.
Японских исследователей вдохновил тефлон – фторсодержащий полимер, обладающий водоотталкивающими свойствами. Ученые синтезировали фторсодержащие комплексы, которые представляют собой кольца с ионами фтора, направленными внутрь. Они наслаивали их друг на друга, получая таким образом наноканалы.
Чтобы создать мембраны для фильтрации, исследователи поместили наноканалы в непроницаемый липидный слой, схожий по структуре с клеточной мембраной. Специалисты разработали несколько таких мембран с наноканалами диаметром 1 нм и 2 нм. Чтобы проверить эффективность мембран, исследователи измеряли концентрацию хлорид-ионов по обе стороны фильтра. Обе мембраны показали хорошие результаты, хотя более узкие наноканалы работали лучше. Даже нанофильтры размером 2 нм работали лучше, чем современные фильтры из углеродных нанотрубок.
Поскольку фторид-ионы заряжены отрицательно, они отталкивают ионы с таким же зарядом, включая хлориды. Фильтры также могут разрушать водные кластеры – группы молекул воды, соединенных между собой водородными связями. Это позволяет воде быстрее проходить через наноканалы.
Отмечается, что этот метод более эффективен и экономичен, чем используемые в настоящее время. Фильтрация с использованием фторсодержащих наноканалов была в несколько тысяч раз быстрее, чем при использовании обычных промышленных методов. Скорость фильтрации также была в 2,4 тысячи раз выше, чем у экспериментальных фильтрационных установок на основе углеродных нанотрубок.
Ученые сообщают, что наиболее энергозатратной частью их метода является собственно синтез фторсодержащих комплексов. В будущем планируется оптимизировать этот этап и расширить масштабы метода.
