Neuartige Membranen können Salz aus Wasser entfernen
Ein Team angeführt vonhat gezeigt, wie ultradünne Polymerbasis geordnete Membranen Salz aus Salz und Meerwasser effizient entfernen können, was eine potenzielle Alternative für aktuelle Entsalzungssysteme bietet.
„Wasserentsalzungsmembranen sollten gleichzeitig einen hohen Wasserfluss und eine hohe Salzabstoßung aufweisen“, sagt Yu Han, der die Studie leitete. Kohlenstoffnanomaterialien wie Kohlenstoffnanoröhren undGraphenwerden voraussichtlich aufgrund ihrer einzigartigen Oberflächenchemie und der Tendenz, in Kanäle mit Durchmessern von weniger als einem Nanometer zu stapeln, vorausgesetzt. Die Herausforderungen der Kanalausrichtung und des Stapelns verhindern jedoch ihre groß angelegte Verwendung in Membranen.
"Eine Möglichkeit, diese Einschränkungen zu befriedigen, ist die zweidimensionale poröse kohlenstoffhaltige Membranen mit regelmäßigen und gleichmäßig verteilten molekularen Transportkanälen in Subnanometergröße", sagt der erste Autor Jie Shen, ein Postdoc in Han's Group. Diese Membranen werden jedoch typischerweise in Lösung synthetisiert, was das zufällige Wachstum einer ungeordneten dreidimensionalen Struktur mit schlecht definierten Mikroporen fördert.
Unter Verwendung chemischer Dampfablagerung, Yu Han, Vincent Tung, Ingo Pinnau und Lance Li, einem ehemaligen Forscher bei Kaust, der jetzt mit dem verbunden isthaben eine Technik entwickelt, die das Wachstum von zweidimensionalen konjugierten Polymerrahmen in ultradünne Kohlenstofffilme kontrolliert.
Die Forscher haben das Monomer-Triethynylbenzol auf atomisch flachen einzelnkristallinen Kupfersubstraten in Gegenwart einer organischen Basis deponiert, die als a wirkt. Triethynylbenzol trägt drei reaktive Gruppen, die als Ankerpunkt für zusätzliche Monomere dienen. Diese Gruppen zeigen einen Winkel von 120 Grad zueinander und erzeugen organisierte Arrays gut definierter zyklischer Strukturen, die in subnanometergröße rhombische hydrophobe Kanäle stapeln.
Die Membran zeigte eine ausgezeichnete Wasserentsalzungsleistung in Vorwärts- und Umkehrosmosekonfigurationen und übertraf diejenigen, die fortschrittliche Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Graphen enthielten. Es zeigte auch eine starke Ablehnung von zweienten Ionen sowie kleinen geladenen und neutralen Molekülen.
Die Forscher entdeckten, dass die Wassermoleküle ein dreidimensionales Netzwerk innerhalb der Membran bildeten, anstatt sich entlang vertikaler dreieckiger Kanäle als eindimensionale Ketten durch die Membran zu bewegen. Dies erklärt den schnellen Wassertransport durch die Membran. "Dieses unerwartete Ergebnis ergab, dass die scheinbar diskreten vertikalen Kanäle tatsächlich durch kurze horizontale Kanäle miteinander verbunden sind, die im projizierten Strukturmodell leicht übersehen werden können", sagt Han.
Das Team arbeitet nun an der Verbesserung der Antifouling-Eigenschaft, der mechanischen Stärke und der langfristigen chemischen Stabilität der Membran für zukünftige praktische Anwendungen. Sie stimmen auch ihre Oberflächeneigenschaften und Kanalgrößen fein ab. „Unser ultimatives Ziel ist es, eine vielseitige multifunktionale Plattform zu bieten, die den Anforderungen verschiedener Anwendungen entspricht, z.
Reference: “Fast water transport and molecular sieving through ultrathin ordered conjugated-polymer-framework membranes” by Jie Shen, Yichen Cai, Chenhui Zhang, Wan Wei, Cailing Chen, Lingmei Liu, Kuiwei Yang, Yinchang Ma, Yingge Wang, Chien-Chih Tseng, Jui-Han Fu, Xinglong Dong, Jiaqiang Li, Xi-Xiang Zhang, Lain-Jong Li, Jianwen Jiang, Ingo Pinnau, Vincent Tung und Yu Han, 8. August 2022,,Naturmaterialien.
Doi: 10.1038/s41563-022-01325-y
Verpassen Sie nie einen Durchbruch:
Aktie.
