نانولوله های کربنی برای نمک زدایی

0

نانولوله های کربنی برای نمک زدایی

نانولوله های کربنی برای نمک زدایی فوق العاده کارآمد تولید شده اند جداسازی غشا و فرآیندهای غشایی برای وجود انسان بسیار مهم شده است ، نمونه ای بهتر از تصفیه آب. از آنجا که کمبود آب رایجتر می شود و کمبود آب موجود در جوامع شروع به کم شدن می کند ، آنها نیاز دارند که منابع خود را با آب شیرین کن از آب دریا و منابع آب شور تأمین کنند.

دانشکده ها : محققان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) منافذ نانولوله کربنی (CNT) ایجاد کرده اند که در حذف نمک از آب بسیار کارآمد است و با غشاهای نمک زدایی تجاری قابل مقایسه است. قطر این منافذ ریز فقط ۰٫۸ نانومتر (نانومتر) است. در مقایسه ، عرض موی انسان ۶۰،۰۰۰ نانومتر است. این تحقیق روی جلد ۱۸ ژوئیه مجله Science Advances منتشر شده است .

فناوری غالب برای حذف نمک از آب ، اسمز معکوس ، از غشاهای فیلم نازک کامپوزیت (TFC) برای جداسازی آب از یونهای موجود در جریانهای تغذیه شور استفاده می کند. با این حال ، برخی از مشکلات اساسی عملکرد هنوز باقی مانده است. به عنوان مثال ، غشاهای TFC توسط معامله نفوذ پذیری-انتخاب محدود شده و اغلب رد ناکافی برخی از یونها و ریز آلاینده های ردیابی را دارند ، که به مراحل تصفیه اضافی نیاز دارند که انرژی و هزینه را افزایش می دهد.

کانال های بیولوژیکی آب که به آن آکواپورین نیز گفته می شود ، نقشه ای برای سازه هایی ارائه می دهند که می توانند عملکرد بیشتری را ارائه دهند. آنها دارای یک منافذ داخلی بسیار باریک هستند که فشار آب را به یک پیکربندی تک فایل می رساند که نفوذ پذیری آب بسیار بالا را امکان پذیر می کند ، با سرعت انتقال بیش از ۱ میلیارد مولکول آب در ثانیه از طریق هر منافذ.

الکس نو ، شیمیدان LLNL و یکی از نویسندگان اصلی این مقاله گفت: “نانولوله های کربن برخی از امیدوارکننده ترین ساختارهای داربست را برای کانال های آب مصنوعی نشان می دهند ، زیرا اصطکاک کم آب در سطوح داخلی صاف آنها وجود دارد که از کانالهای آب بیولوژیک تقلید می کند.” گزارش.

 – بخشهای کوتاهی از CNT ها که خود را در غشاهای بیومتیتیک قرار می دهند – ایجاد می کنند که کانالهای آب مصنوعی را شکل می دهند که از عملکرد کانال آکواپورین و آرایش آب تک فایل درون کانال تقلید می کنند. محققان سپس انتقال یون آب و کلرید را از طریق CNTP های قطر ۰٫۸ نانومتر با استفاده از روش های مبتنی بر فلورسانس اندازه گیری کردند. شبیه سازی و آزمایش های رایانه ای با استفاده از منافذ CNT در غشاهای چربی ، مکانیسم جریان افزایش یافته و رد یون قوی از طریق کانال های داخلی نانولوله های کربنی را نشان می دهد.

دانشمند و محقق اصلی مواد LLNL ، که تلاش های شبیه سازی مطالعه را بر عهده داشت ، گفت: “این فرآیند به ما اجازه می دهد مقدار دقیق میزان قدرت انعطاف پذیری نمک آب را در منافذ باریک CNT تعیین کنیم.” “شبیه سازی های اتمی یک دید دقیق در مقیاس مولکولی آب ورودی به کانال های CNTP را فراهم می کند و از مقادیر انرژی فعال سازی پشتیبانی می کند.”

نانولوله های کربنی از زیست شناسی تقلید می کنند

 

نانولوله های کربنی از زیست شناسی تقلید می کنند غشاهای سلولی به عنوان یک نمونه ایده آل از یک سیستم چند منظوره ، تنظیم ، دقیق و کارآمد عمل می کنند.

تلاش برای تقلید از این شگفتی های بیولوژیکی همیشه موفقیت آمیز نبوده است. با این حال ، دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) غشاهای مبتنی بر پلیمر را با منافذ نانولوله کربنی ۱٫۵ نانومتری ایجاد کرده اند که از ساختار غشای سلولی تقلید می کند .

نانولوله های کربنی خاصیت حمل و نقل منحصر به فردی دارند که می توانند از چندین فرآیند مدرن صنعتی ، زیست محیطی و زیست پزشکی – از تصفیه آب در مقیاس بزرگ و نمک زدایی آب گرفته تا دیالیز کلیه ، فیلتراسیون استریل و تولید دارو استفاده کنند.

محققان با الهام از زیست شناسی ، غشای مصنوعی قوی و مقیاس پذیر را دنبال می کنند که واحدهای حمل و نقل بیولوژیکی عملکردی را ترکیب یا به طور ذاتی تقلید می کنند. مطالعات اخیر نشان داده است که ترکیب دو لایه لیپیدی موفق با استفاده از نانوحفره های مبتنی بر پپتید ، قفس های غشای ۳-D و نانوپورهای اریگامی DNA بزرگ و حتی پیچیده وجود دارد.

با این حال ، دانشمندان LLNL یک گام فراتر رفتند و غشاهای مقاوم در برابر بلوک کوپلیمر مصنوعی را با فناوری توسعه یافته LLNL دیگر ترکیب کردند: نانوپورهای غشای مصنوعی مبتنی بر porin های نانولوله کربنی (CNTPs) ، که بخش های کوتاهی از نانولوله های کربنی تک جداره هستند که در مقیاس نانومتر تشکیل می شوند. منافذی با دیواره های آبگریز اتمی صاف که می توانند پروتون ها ، آب و مولکول های ماکرو ، از جمله DNA را انتقال دهند.

“CNTPs میان نانوحفرهها بیومیمتیک منحصر به فرد هستند زیرا کربن نانولوله قوی و بسیار شیمیایی مقاوم هستند، که آنها را برای استفاده در طیف وسیع تری از فرآیندهای جداسازی، از جمله کسانی که نیاز به تابع محیط های خشن ، گفت:” الکس نوی، دانشمند مواد LLNL و نویسنده ارشد کاغذ.

این تیم کانال های CNTP را در غشاهای پلیمری ادغام کرده و از ساختار ، معماری و عملکرد اساسی غشاهای بیولوژیکی در یک ساختار کاملاً مصنوعی تقلید می کند. اندازه گیری های حمل و نقل پروتون و آب نشان داد که پورین های نانولوله های کربنی نفوذ پذیری بالای خود را در محیط غشا poly پلیمر حفظ می کنند. دانشمندان نشان دادند که CNTP های تعبیه شده در پلیمرزومها (دسته ای از وزیکولهای مصنوعی ، کره های تو خالی ریز که محلولی را در بر می گیرند) می توانند به عنوان مجاری مولکولی عمل کنند که معرفهای مولکول کوچک را بین محفظه های وزیکولار شکل می دهند.

محقق مقاله ، گفت: “این پیشرفت فرصت های جدیدی را برای تحویل معرف های مولکولی به محفظه های وزیکولار برای شروع واکنش های شیمیایی مشخص و تقلید از رفتارهای پیچیده واسطه حمل و نقل سیستم های بیولوژیکی ایجاد می کند.”

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.