Pozrite si
Priemyselné odpadové vody znečistené farbivami sa dnes dajú vyčistiť len obtiažne. Ide totiž väčšinou o látky rozpustné vo vode, ktoré sú navyše často toxické a potenciálne karcinogénne. Riešením môže byť špeciálna technológia využívajúca „nano-špongie“ vyrobené z kovalentných organických štruktúr (covalent organic frameworks, COF) na graféne.
Inžinieri z Viedenskej univerzity vyvinuli nový kompozitný materiál, ktorý vytvára účinný filter na odstraňovanie organických znečisťujúcich látok z vody. Systém využíva superporézne „nano-špongie“ uložené na 2D vrstve grafénu.
Obsah pokračuje pod reklamou
Kľúčom k novým filtrom je skupina materiálov nazývaná kovalentné organické štruktúry (COF). Tieto štruktúry sú extrémne porézne, takže majú veľký povrch obsiahnutý v malom priestore. Sú preto efektívne pri zachytávaní veľkého množstva molekúl. Podobné materiály známe ako kovovo-organické štruktúry (MOF) sa skúmajú za účelom zachytávania uhlíka, odsoľovania, alebo získavania pitnej vody zo vzduchu. COF by mohli mať podobné uplatnenie.
Porovnanie rovnovážnych časov (vľavo) a maximálnych adsorpčných kapacít (sqm) COF prášku a ultratenkého COF pre rodamín B.
Porovnanie rovnovážnych časov (vľavo) a maximálnych adsorpčných kapacít (sqm) COF prášku a ultratenkého COF pre rodamín B.
V novom výskume sa vedci zamerali na použitie COF na odstránenie organických farbív z vody. Vylepšili kovalentné organické štruktúry tak, aby selektívne zachytávali molekuly organického farbiva. K tomu bolo potrebné vytvoriť póry správneho tvaru a veľkosti – 0,8 až 1,6 nanometra – a negatívny elektrický náboj na povrchu, aby pritiahol kladne nabité molekuly farbiva.
Ilustrácia adsorpčného mechanizmu farbív v objemnom COF prášku a ultratenkom COF. Prášok COF umožňuje vstup do kanálov COF iba farbivám s molekulovou veľkosťou oveľa menšou ako je veľkosť pórov, zatiaľ čo ultratenký COF umožňuje maximálnu expozíciu adsorpčných miest, čo vedie k vysokej absorpcii rôznych farbív.
Ilustrácia adsorpčného mechanizmu farbív v objemnom COF prášku a ultratenkom COF. Prášok COF umožňuje vstup do kanálov COF iba farbivám s molekulovou veľkosťou oveľa menšou ako je veľkosť pórov, zatiaľ čo ultratenký COF umožňuje maximálnu expozíciu adsorpčných miest, čo vedie k vysokej absorpcii rôznych farbív.
Bola však treba prekonať aj ďalší problém. Ak sa materiál použije v práškovej forme, najskôr sa zaplnia molekulami póry na vonkajších okrajoch, pričom v strede materiálu zostanú prázdne a v podstate nepoužiteľné.
Postup syntézy ultratenkého COF/grafénového aerogélu. Ultratenký COF so sulfonátovými iónmi s hrúbkou 2 nm ukotvený na graféne.
Postup syntézy ultratenkého COF/grafénového aerogélu. Ultratenký COF so sulfonátovými iónmi s hrúbkou 2 nm ukotvený na graféne.
Vedci to vyriešili tým, že vyvinuli spôsob, ako rozložiť COF na liste grafénu. Vznikla tak vrstva COF s hrúbkou dvoch nanometrov na jednoatómovej vrstve grafénu. Tým sa výrazne zvýšila kapacita materiálu na uchytenie molekúl organického farbiva. Samotný grafén má pomerne veľké póry, takže voda ním relatívne rýchlo preteká. Podľa vedcov takýto filter umožňuje rýchle a efektívne čistenie odpadových vôd.
Technológia by mala byť podľa výskumníkov pomerne lacná. Nie je potrebné použiť veľa grafénu a COF je možné po zahltení odpadom vyčistiť a opakovane použiť.
Výskum bol publikovaný v časopise Angewandte Chemie.
Zdroj