Глобальный кризис устойчивого развития усугубляется нехваткой чистой воды, как подчеркивается в Докладе ООН о состоянии водных ресурсов в мире за текущий год, в котором говорится, что 2–3 миллиарда человек испытывают нехватку воды.
Для преодоления этого кризиса жизнеспособным решением является опреснение морской воды посредством мембранной сепарации. К сожалению, существующие мембраны сталкиваются с такими ограничениями, как низкий поток воды из-за суровых условий и сложных процессов подготовки, которым они подвергаются, что приводит к неоптимальной производительности воды и энергоэффективности.
Следовательно, становится обязательным уделять приоритетное внимание разработке опреснительных мембран с высокой пропускной способностью.
Профессор Zeng Gaofeng из Шанхайского института перспективных исследований Китайской академии наук вместе с профессором Shi Guosheng из Шанхайского университета добились значительных успехов в области опреснения морской воды. Их исследование, опубликованное 4 сентября в журнале Nature Water, описывает разработку композитных мембран из графдиина, которые обеспечивают почти полное удаление солей и чрезвычайно высокий поток воды.
Для создания этих мембран исследователи использовали мономер под названием гексаэтинилбензол для изготовления графдииновых мембран с нанопористой структурой и субмикронной толщиной. Этот процесс изготовления включал реакцию кросс-сочетания Глейзера-Хея в мягких сольвотермических условиях непосредственно на пористых медных полых волокнах.
Полученные графдииновые мембраны продемонстрировали выдающиеся характеристики: более 99,9% задерживают малые ионы, присутствующие в морской воде. Кроме того, они показали потоки воды на один-три порядка выше, чем у коммерчески доступных мембран, в том числе изготовленных из цеолита, металлоорганических каркасов и материалов на основе графена. Более того, эти мембраны продемонстрировали надежную стабильность в ходе длительных испытаний с использованием гиперсоленой воды, реальной морской воды и воды, загрязненной загрязняющими веществами.
Теоретические расчеты показали, что границы раздела физиологический раствор/графдийн и физиологический раствор-вода/пар содержат от одного до трех слоев чистой воды без соли, что приводит к полному отторжению соли на графдииновой мембране. Используя двухслойную модель графдиинового канала, были достигнуты исключительно высокие потоки воды, что согласуется с экспериментальными наблюдениями.
Эти открытия не только предлагают универсальный подход к изготовлению графдииновых мембран, но и подчеркивают возможность разработки других мембран на основе алкадиина с использованием аналогичного метода. Такие мембраны могут найти применение в мембранном разделении, транспорте ионов и преобразовании энергии, пишет techxplore.