Membrány z nanotrubic slibují levnější odsolování

Vědci z výzkumného centra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) při Kalifornské univerzitě objevili dosud nepozorovaný fenomén membrán z uhlíkových nanotrubic, slibující mimo jiné aplikace výrazné zlevnění odsolování vody.

Miliardy tenkostěnných dutých uhlíkových nanotrubic z modifikace uhlíku C60, 50tisíckrát tenčích než lidský vlas a uspořádaných na křemíkovém čipu, mohou vytvářet pórovité membrány, jimiž projdou jen malé molekuly plynů a kapalin. Vytvořené póry s hladkými stěnami jsou tak malé, že do jejich průměru menšího než 2 nanometry (1 nm je miliontina milimetru) se vejde jen 6 molekul vody vedle sebe.

Vzniká tak membrána schopná zadržovat velké molekuly chloridu sodného NaCl a odsolovat mořskou vodu na pitnou vodu. Malé molekuly procházejí trubicemi rychlostí 100- až 10 000násobně vyšší, než předpovídá klasický model simulace procesu.

TREFNÉ PŘIROVNÁNÍ K ZAHRADNÍ HADICI

"Je to jako přivést zahradní hadicí stejné množství vody jako hasičskou hadicí desetinásobného průměru," říká Olgica Bakajin, vedoucí výzkumného týmu mladých vědců a studentů v Livermoru. Vědci měli zpočátku pochybnosti o výsledku simulace molekulární dynamiky o rychlém proudění nanotrubicemi a byli přesvědčeni o tom, že voda nesmáčející povrch nanotrubic do membrány nevstoupí. Další experimenty je však přesvědčily. Vodu, obsahující pro indikaci nanočástice zlata jen o málo větší než průměr nanotrubic, membrána snadno propustila beze stop zlata.

Ukazuje se, že transport nanotrubicemi se do značné míry podobá buněčnému transportu vody. Rozdíl mezi kapalinami a plyny je jen v tom, že molekuly kapalin po hladkém vnitřním povrchu nanotrubic kloužou jako v teflonové trubce, malé molekuly plynů se po něm odrážejí jako kulečníkové koule.

SPOTŘEBA ENERGIE NIŽŠÍ AŽ O 3/4

Pro odsolování a demineralizaci vody technologií reverzní osmózou se používají nákladná a energeticky náročná zařízení s drahými a málo propustnými klasickými membránami vyžadujícími vysoké tlaky. Nové membrány z nanotrubic mohou snížit energetickou náročnost odsolování až o 75 procent.

Lze si představit i dočišťování vod od chlorovaných uhlovodíků, jejichž molekuly s několika velkými atomy chlóru membránou jednoduše neprojdou. Další potenciál využití membrán z nanotrubic je v průmyslové separaci malých molekul lehkých uhlovodíkových plynů. Příkladem je zachycování metanu, jehož potenciál skleníkového plynu je asi 21krát větší než u oxidu uhličitého. Studium chování nanotrubic má velký význam i pro výzkum nanofluidiky a molekulárního transportu kapalin a plynů.