Уникальные свойства графена делают его идеальным материалом для мембран для фильтрации или опреснения воды. Но графен имеет один главный недостаток, не позволяющий его широкое использование. Изготовление мембраны в один атом толщиной слоев графена – кропотливый процесс, при котором довольно часто происходит разрыв тонкого материала, в результате чего возникают дефекты, через которые могут проникнуть загрязняющие вещества.
Теперь инженеры Массачусетского технологического института, King Fahd University of Petroleum and Minerals и Oak Ridge National Laboratory разработали процесс, позволяющий восстановить эти повреждения, используя комбинацию химических методов осаждения и полимеризации. Затем группа ученых использовала ранее разработанный процесс, для создания крошечных пор в материале, которые обеспечивают прохождение воды и ничего более.
Благодаря сочетанию этих двух методов, исследователи смогли спроектировать относительно большую, размером с монету, бездефектную графеновую мембрану. В новых экспериментах, исследователи пропускали воду через мембрану из графена, обработанного по новой технологии, и обнаружили, что материал обеспечивает темпы очистки, сравнимые с текущими мембранами опреснения. Графену удалось отфильтровать большинство крупных молекул примеси, таких как сульфат магния и декстран.
Соавтор разработки Rohit Karnik говорит: «Мы смогли запечатать дефекты, по крайней мере, в лабораторном масштабе, чтобы понять молекулярную фильтрацию графена, что не было возможно раньше». Соавтор Sean O’Hern сказал: «Нынешние типы мембран, которые могут производить пресную воду из морской, довольно толстые, порядка 200 нанометров. Преимущество нашей графеновой мембраны, что вместо материала в сотни нанометров толщиной, мы имеем графен порядка трех ангстрем, то есть в 600 раз тоньше, чем существующие графеновые фильтры. Это позволяет иметь более высокую скорость потока по сравнению с аналогичными устройствами».
Инженеры применили несколько этапов осаждения атомных слоев, найдя, что оксид гафния успешно заполнил нанометровые дефекты графена. Для заполнения больших дефектов, ученые использовали процесс «межфазной полимеризации», который часто используется в синтезе мембран. Karnik отметил: «Опреснение воды и нанофильтрация имеют большие приложения, и эта технология выдерживает различные требования реальных тестов и будет иметь большое влияние».