3D-печать графеновых аэрогелей для очистки воды

Графен превосходно удаляет загрязнения из воды, но это еще не коммерчески выгодное использование чудесного материала.

Это могло измениться.

В недавнем исследовании инженеры Университета Буффало сообщают о новом процессе 3D-печати графеновых аэрогелей, который, по их словам, преодолевает два ключевых препятствия – масштабируемость и создание версии материала, достаточно стабильной для многократного использования – для очистки воды.

«Цель состоит в том, чтобы безопасно удалить загрязняющие вещества из воды без выделения каких-либо проблемных химических остатков», – говорит соавтор исследования Нирупам Айч, доктор философии, доцент кафедры экологической инженерии Школы инженерии и прикладных наук UB. «Созданные нами аэрогели сохраняют свою структуру при попадании в системы очистки воды, и их можно применять в различных системах очистки воды».

Исследование – «Трехмерные печатные аэрогели из графена и биополимера для удаления загрязнителей из воды: доказательство концепции» – было опубликовано в серии Emerging Investigator журнала Environmental Science: Nano. Арвид Масуд, доктор философии, бывший студент лаборатории Айха, является ведущим автором; Чи Чжоу, доктор философии, доцент кафедры промышленной и системной инженерии UB, является соавтором.

Аэрогель представляет собой легкое высокопористое твердое вещество, образованное путем замены жидкости в геле на газ, так что получаемое твердое вещество имеет тот же размер, что и исходное. Они похожи по структурной конфигурации на пенополистирол: очень пористые и легкие, но при этом прочные и эластичные.

Графен – это наноматериал, образованный элементарным углеродом и состоящий из одного плоского листа атомов углерода, расположенных в повторяющейся гексагональной решетке.

Чтобы создать правильную консистенцию чернил на основе графена, исследователи обратились к природе. Они добавили к нему два биоиндуцированных полимера – полидофамин (синтетический материал, часто называемый КПК, похожий на адгезивный секрет мидий) и бычий сывороточный альбумин (белок, полученный из коров).

READ:   EPA объявляет о публичных слушаниях и круглых столах по пересмотру Правил свинца и меди

В ходе испытаний перенастроенный аэрогель удалил некоторые тяжелые металлы, такие как свинец и хром, от которых страдают системы питьевой воды по всей стране. Он также удалял органические красители, такие как катионный метиленовый синий и анионный синий Эванса, а также органические растворители, такие как гексан, гептан и толуол.

Чтобы продемонстрировать возможность повторного использования аэрогеля, исследователи пропустили через него органические растворители 10 раз. Каждый раз удалялось 100% растворителей. Исследователи также сообщили, что способность аэрогеля улавливать метиленовый синий снизилась на 2–20% после третьего цикла.

По словам Айха, аэрогели также можно увеличивать в размерах, потому что, в отличие от нанолистов, аэрогели можно печатать в больших размерах. По его словам, это устраняет предыдущую проблему, присущую крупномасштабному производству, и делает процесс доступным для использования на крупных предприятиях, например, на очистных сооружениях. Он добавляет, что аэрогели можно удалить из воды и повторно использовать в других местах, и что они не оставляют никаких следов в воде.

Aich является частью сотрудничества между UB и Питтсбургским университетом под руководством профессора химии UB Дианы Ага, доктора философии, по поиску методов и инструментов для разложения пер- и полифторалкильных веществ (PFAS), токсичных материалов, которые настолько трудно разрушить, что они известные как «химические вещества навсегда». Айх отмечает сходство с его работой с трехмерными аэрогелями и надеется, что результаты этих двух проектов могут быть объединены для создания более эффективных методов удаления загрязняющих веществ, переносимых водой.

«Мы можем использовать эти аэрогели не только для содержания частиц графена, но и нанометаллических частиц, которые могут действовать как катализаторы», – говорит Айх. «Будущая цель состоит в том, чтобы нанометаллические частицы внедрялись в стенки и поверхность этих аэрогелей, и они могли бы разлагать или уничтожать не только биологические, но и химические загрязнители».

READ:   EPA объявляет о ссуде WIFIA на $ 18 млн в Мичигане, первой в штате

Айч, Чи и Масуд имеют патент на графеновый аэрогель, описанный в исследовании, и ищут промышленных партнеров для коммерциализации этого процесса.

Related Posts