Filtrowanie wody z wykorzystaniem grafenu
W wielu metodach oczyszczania wody używa się porowatych membran do rozdzielania cząsteczek na podstawie rozmiaru. Ogólna koncepcja oczyszczania polega tu na przepuszczaniu cząsteczek wody, a zatrzymywaniu większych cząsteczek zanieczyszczeń, w tym materii organicznej i bakterii. Im cieńsza membrana, tym szybszy przepływ wody i większa wydajność całego procesu. Membrana musi jednak zachować określoną wytrzymałość, więc nie może być za cienka. Za cel finansowanego przez UE projektu GRAPHENEHF (Graphene-assembled inorganic hollow fibre membranes and membrane modules for water treatment) przyjęto wykonanie membran z jednego z najcieńszych i najbardziej wytrzymałych materiałów obecnie znanych nauce: grafenu. Grafen to płaska struktura o grubości jednego atomu złożona z atomów węgla połączonych na kształt plastra miodu, umożliwiająca oddzielanie cząsteczek w nanoskali. Minimalna grubość powinna też oznaczać bardzo duże natężenie przepływu, a tym samym wysoką wydajność. W ramach projektu GRAPHENEHF zajęto się badaniem możliwości tworzenia membran grafenowych podtrzymywanych na pustych włóknach nieorganicznych, które można łatwo łączyć w cząsteczki o znaczeniu przemysłowym. Próby rozpoczęto od metody chemicznego osadzania z fazy gazowej, dążąc do osadzenia cienkiej warstwy grafenu na pustych włóknach metalowych wykonanych z miedzi i żelaza. Chodziło o uzyskanie porowatej miedzi usztywnionej żelazem. Choć udało się uzyskać pojedyncze warstwy grafenu na pustych włóknach metalowych, do zastosowań przemysłowych konieczne będzie dalsze doskonalenie tego procesu. Następnie badacze zajęli się metodą filtracji umożliwiającą uzyskanie membran tlenku grafenu podtrzymywanych na pustych włóknach. Po przezwyciężeniu problemów z kurczeniem się i niską przepuszczalnością membran uzyskano stabilną membranę z tlenku grafenu o dużym natężeniu przepływu. Wykazano też, że membrana zatrzymuje większość małych cząsteczek, choć pozostaje przepuszczalna dla gazów. Poza samą membraną grafenową cennym osiągnięciem projektu były też opracowane puste włókna, które same w sobie mogą posłużyć jako porowate membrany do mikro- i ultrafiltracji. Wyniki powinny spotkać się z żywym zainteresowaniem sektora oczyszczania wody.
Słowa kluczowe
Grafen, filtrowanie wody, membrany porowate, GRAPHENEHF, puste włókna
