جدیدتصفیهی آب دریا به کمک نانوتیوب‌های کربنی با قطرهای کوچک‌تر از ۱ نانومتر Carbon nanotubes worth their salt
نانوتیوب های کربنی
تصفیه‌ی آب دریا به کمک نانوتیوب‌های کربنی با قطرهای کوچک‌تر از ۱ نانومتر
Carbon nanotubes worth their salt
دانشمندان، نانوتیوب‌های کربنی دارای حفراتی ویژه را ساخته‌اند که می‌تواند نمک آب دریا را تصفیه و استخراج کند. این گروه پژوهشی هم‌چنین پی بردند که نفوذپذیری آب در نانوتیوب‌های کربن(CNTها) با قطرهای کوچک‌تر از ۱ نانومتر(۸/۰ نانومتر)، چندین برابر بیش‌تر از نانوتیوب‌های دارای قطر بزرگ‌تر خواهد شد.
——————————————————–
ترجمه از گروه ترجمه ایران مواد
حرفه ای ترین تیم ترجمه مهندسی مواد کشور
———————————————————
دانشمندان لابراتوار Lawrence Livermore با همکاری با پژوهشگران دانشگاه Northeastern، نانوتیوب های کربنی را ساخته‌اند که توانایی تصفیه و استخراج نمک آب دریا را دارد. این گروه پژوهشی هم‌چنین پی بردند که نفوذپذیری آب در نانوتیوب‌های کربن(CNTها) با قطرهای کوچک‌تر از ۱ نانومتر(۸/۰ نانومتر) چندین برابر بیش‌تر از نانوتیوب‌های دارای قطر بزرگ‌تر خواهد شد.
این نانوتیوب‌ها، ساختارهای توخالی ساخته شده از کربن با چینشی به خصوص هستند که ۵۰۰۰۰ برابر نازک‌تر از تار موی انسان می‌باشند. دلیل نفوذپذیری بسیار زیاد آب در آن‌ها، سطح درونی فوق‌العاده صاف این نانوتیوب‌ها می‌باشد و در عین حال حفرات بسیار ریز این نانوتیوب‌ها، اجازه‌ی عبور یون‌های نمکی بزرگ‌تر را نمی‌دهند.
افزایش تقاضای آب آشامیدنی تازه، تهدیدی جهانی برای عدم تامین آب ۴ میلیارد انسان را به همراه داشته است. این امر منجر به توسعه‌های علمی روزافزون در این راستا گردیده است. تکنولوژی‌های تصفیه‌ی آب کنونی با توسعه‌ی ممبران‌ها با حفراتی خاص با بازدهی بالا و انتخابگری پروتئین‌های بیولوژیکی آب، پیشرفت‌های چشمگیری در پی داشته است.
Ramya Tunuguntla پژوهش‌گر LLNL در این مورد گفته است: ” ما پی بردیم که نانوتیوب‌های کربن با قطرهای کوچک‌تر از ۱ نانومتر، مشخصه‌ای کلیدی دارند که منجر به افزایش و بهبود نفوذپذیری و انتقال آب می‌شوند. نیروهای موئینگی مجاری هیدروفوبیک بسیار باریک این نانوتیوب‌ها منجر به این امر می‌شوند.”
شبیه‌سازی‌های کامپیوتری و مطالعات تجربی انتقال آب درون نانوتیوب‌های کربن با قطرهای بزرگ‌تر از ۱ نانومتر خاصیت جریان روبه بالای آب را نشان می‌دهند، اما بازده انتقال پروتئین‌های بیولوژیکی و جداسازی نمک‌ها را به خصوص در میزان شوری‌های بسیار زیاد، ارائه نمی‌دهند. پیشرفت مهم وکلیدی این پژوهش استفاده نانوتیوب‌های با قطر کم‌تر از ۱ نانومتر بوده است که پیشرفت مورد نظر در عملکرد این نانوتیوب‌ها را فراهم می‌سازد.
پروفسور Meni Wanuna، فیزیکدان دانشگاه Norteastern در مورد این پژوهش گفته است: “این مطالعات، جزئیات مکانیزم‌های جریان و انتقال آب را ارائه کره و نشان داده است که تغیر علمی و منطقی مولفه‌های آن می‌تواند منجر به افزایش بازده شود.”
Alex Noy محقق اصلی پروژه‌ی نانوتیوب‌های کربنی در این باره گفته است: “نانوتیوب‌های کربنی زمینه‌ای بی‌همتا برای مطالعه‌ی انتقال مولکولی و نانوسیال‌ها هستند. اندازه‌های نانومتری بسیار ریز و سطوح اتمی بسیار صاف و شباهت به مجاری انتقال آب سلولی آن‌ها، این مواد را تبدیل به موردی استثنایی برای مطالعه‌ی این اهداف کرده است و ساخت مجرای کانال سنتزی که بهتر از نوع طبیعی خود آن(در آب) عمل می‌کند، بسیار جالب و هیجان‌انگیز می‌باشد.”
این کشف دانشمندان LLNL و همکاران آن‌ها استلزامی واضح را برای نسل بعدی تکنولوژی‌های تصفیه‌ی آب فراهم کرده و انگیزه‌ای دوباره را برای توسعه و پیشرفت نسل بعدی ممبران‌های جریان بالا فراهم ساخته است.
لینک ویدئویی گفتگو با این پژوهشگران در یوتیوب:
منبع: www.sciencedaily.com
مترجم : امیر اشجاری
Carbon nanotubes worth their salt
Scientists have developed carbon nanotube pores that can exclude salt from seawater. The team also found that water permeability in carbon nanotubes (CNTs) with diameters smaller than a nanometer (0.8 nm) exceeds that of wider carbon nanotubes by an order of magnitude.
Lawrence Livermore scientists, in collaboration with researchers at Northeastern University, have developed carbon nanotube pores that can exclude salt from seawater. The team also found that water permeability in carbon nanotubes (CNTs) with diameters smaller than a nanometer (0.8 nm) exceeds that of wider carbon nanotubes by an order of magnitude.
The nanotubes, hollow structures made of carbon atoms in a unique arrangement, are more than 50,000 times thinner than a human hair. The super smooth inner surface of the nanotube is responsible for their remarkably high water permeability, while the tiny pore size blocks larger salt ions.
Increasing demands for fresh water pose a global threat to sustainable development, resulting in water scarcity for 4 billion people. Current water purification technologies can benefit from the development of membranes with specialized pores that mimic highly efficient and water selective biological proteins.
“We found that carbon nanotubes with diameters smaller than a nanometer bear a key structural feature that enables enhanced transport. The narrow hydrophobic channel forces water to translocate in a single-file arrangement, a phenomenon similar to that found in the most efficient biological water transporters,” said Ramya Tunuguntla, an LLNL postdoctoral researcher and co-author of the manuscript appearing in the Aug. 24 edition of Science.
Computer simulations and experimental studies of water transport through CNTs with diameters larger than 1 nm showed enhanced water flow, but did not match the transport efficiency of biological proteins and did not separate salt efficiently, especially at higher salinities. The key breakthrough achieved by the LLNL team was to use smaller-diameter nanotubes that delivered the required boost in performance.
“These studies revealed the details of the water transport mechanism and showed that rational manipulation of these parameters can enhance pore efficiency,” said Meni Wanunu, a physics professor at Northeastern University and co-author on the study.
“Carbon nanotubes are a unique platform for studying molecular transport and nanofluidics,” said Alex Noy, LLNL principal investigator on the CNT project and a senior author on the paper. “Their sub-nanometer size, atomically smooth surfaces and similarity to cellular water transport channels make them exceptionally suited for this purpose, and it is very exciting to make a synthetic water channel that performs better than nature’s own.”
This discovery by the LLNL scientists and their colleagues has clear implications for the next generation of water purification technologies and will spur a renewed interest in development of the next generation of high-flux membranes.
دیدگاه کاربران