برای نخستین بار، فرایند تصفیه آب به‎صورت بهینه با استفاده از نانولوله‎های کربنی با قطر دهانه کمتر از یک نانومتر میسر شده است. به نظر می‌رسد این غشاها بخش مهمی از فرآیند تصفیه آب در آینده خواهند بود.

به گزارش مرکز ارتباطات و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، نانولوله‎های کربنی می‎توانند آب‎های شور را به آب آشامیدنی تبدیل کنند. این نانولوله‎ها، مولکول‌های آب را به‌صورت یک ردیف فشرده‎ی زنجیری درآورده و علاوه بر این، یون‎ها را نیز تصفیه می‎کنند.

در این فیلترها سرعت انتقال آب به میزان قابل‌توجهی افزایش می‎یابد. این نانولوله‎ها می‎توانند در تصفیه آب دریا نیز گزینش‎پذیری بالای خود را نسبت به یون‎ها حفظ کنند.

در اوایل سال 2018 میلادی، برای نخستین بار بود که در یک کار تحقیقاتی، مقادیری استثنا‎یی برای گزینش‎پذیری و بازده انتقال فرایند تصفیه آب گزارش شد. این پژوهش منجر به ارائه نوعی از نانولوله‎های کربنی شد که علاوه‎بر تصفیه بهینه‏ی آب، ساختارهایی را برای جداسازی‎های صنعتی و مدارهای پیشرفته حتی در فناوری‎های رایانه‎ای نیز معرفی می‌کرد.

نیاز به آب آشامیدنی یک نیاز جهانی است. برای پاسخگویی به این نیاز، محققان به‌طورجدی در حال بررسی نسل‎های جدید غشاهای تصفیه آب با مصرف بهینه‌ی انرژی هستند. غشاها باید جریان‎های بالا را تنظیم کنند و هم‌زمان نسبت به فیلتر یون‎ها نیز گزینش‎پذیر باشند

آکواپورین‎ها (Aquaporins)، کانال‎های آبی بیولوژیکی هستند که در غشاهای سلولی تعبیه شده‌اند، آن‌ها سلول‎های زنده را به‌صورت گزینش‎پذیر و با تنظیم جریان در داخل و خارج سلول، زنده نگه می‎دارند به‌طوری‌که تابه‌حال چنین روشی در خارج از محیط بیولوژیک و طبیعی سلول‌ها، اجرا نشده است.

دلیل عملکرد بسیار مؤثر آکواپورین‎ها این است که دیواره این کانال‎ها، آب را دفع می‎کند. (یعنی آب‎گریزند.) آن‌ها قطری زیر نانومتر دارند و با ایجاد فشارهای محدودکننده باعث می‎شوند تا مولکول‎های آب در یک مسیر خطی قرار بگیرند.

در ابتدای کار به نظر می‎رسید که نانولوله‎های کربنی در ارزیابی‎های انجام شده، به‌اندازه کافی نازک نیستند، ولی آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور ایالات کالیفرنیا آمریکا نشان داد که این نانولوله‎های کربنی با قطری زیر نانو، می‎توانند آب را با سرعتی شش برابر بیشتر از آکواپورین‎ها انتقال دهند. قابل‌ذکر است که یک تار موی انسان 100 هزار نانومتر است.

نانولوله‎های کربنی بسیار نازک نیز مانند مشابه زیستی خود (یعنی آکواپورین‎ها) با اعمال فشار به مولکول‎های آب، آن‎ها را در یک ردیف قرار می‎دهند که این اتفاق در نانولوله‎های بزرگ‌تر رخ نمی‎دهد زیرا آب از منافذ لوله‎ها عبور می‎کند.

افزایش جریان آب در این نانولوله‎ها نسبت به آکواپورین‎ها ناشی از تفاوت در نحوه تولید دیواره‎های هر کانال است. درحالی‌که دیواره‎های هر دو لوله (پورین‎ها و نانولوله‌ها) آب‎گریز هستند، اما دیواره‎های آکواپورین با اسیدهای آمینه که با مولکول‎های آب نیز برهمکنش دارند، پوشانده شده است. 

در مقابل، دیواره نانولوله‎های کربنی به‌صورت اتم‎های صاف و هموار بوده و با مولکول‎های آب، برهمکنش ندارد. در نتیجه، آب آزادانه‎تر جریان می‎یابد. همچنین برای دو برابر کردن سرعت آب در این نانولوله‎ها می‎توان از برخی افزودنی‎های خاص نیز استفاده کرد.

از ویژگی‎های جذاب این ساختارهای کربنی، تصفیه کارآمد یون‌های آب است. دهانه نانولوله‎های کربنی دارای بار منفی‎ست؛ بنابراین به‌صورت خارق‎العاده‌ای نانولوله‎ها می‎توانند نمک‎های موجود در آب دریا را که دارای بار مثبت هستند، هدایت کنند.

با پیشرفت روزافزون غشاهای تصفیه آب، استفاده از فناوری نانو در آن‎ها نیز بسیار چشمگیر شده است. شرکت‎هایی که در راستای تصفیه آب در ایران فعالیت دارند هم می‎توانند با استفاده از نانولوله‎های کربنی، بازده محصولات خود را در فرآیند تصفیه آب بالا ببرند.

ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری به‌منظور هرچه بیشتر فناوری‌های نانویی در ایران فعالیت دارد.

پایان پیام/29