Исследование посвящено стабильным аэрогелям, которые удаляют тяжелые металлы, органические растворители и органические красители из воды.
В недавнем исследовании инженеры Университета Буффало (UB) сообщают о новом процессе 3D-печати графеновых аэрогелей, которые, по их словам, преодолевают два ключевых препятствия – масштабируемость и создание версии материала, достаточно стабильной для повторного использования – для очистки воды.
«Цель состоит в том, чтобы безопасно удалить загрязняющие вещества из воды, не создавая каких-либо проблемных химических остатков», — говорит соавтор исследования Нирупам Айх, доктор философии, доцент кафедры экологической инженерии в Школе инженерных и прикладных наук УБ, — «наши аэрогели могут быть применены в различных устройствах очистки воды».
Аэрогель – легкое, очень пористое твердое тело, образованное заменой жидкости в геле газом таким образом, чтобы полученное твердое тело было такого же размера, как и оригинал. Они похожи по структурной конфигурации на пенополистирола: очень пористые и легкие, но прочные и упругие.
Графен является наноматериалом, образованным элементарным углеродом и состоит из одного плоского листа атомов углерода, расположенных в повторяющейся шестиугольной решетке.
Чтобы создать правильную консистенцию чернил на основе графена, исследователи смотрели на природу. Они добавили к нему два биополимера – полифопамин (синтетический материал, часто называемый КПК, похожий на клейкие выделения мидий), и бычий альбумин сыворотки (белок, полученный от коров).
В ходе испытаний перенастроенный аэрогель удалил некоторые тяжелые металлы, такие как свинец и хром, которые нередко попадают в систему очистки воды. Он также удаляет органические красители, а также органические растворители, такие как гексан, гептан и толуол.
Чтобы продемонстрировать потенциал повторного использования аэрогеля, исследователи провели органические растворители через него 10 раз. Каждый раз он удаляет 100 процентов растворителей.
Аэрогели также могут быть увеличены в размерах, говорит Айх, потому что в отличие от нанолистов, аэрогели могут быть напечатаны в больших размерах. Это устраняет предыдущую проблему, присущую крупномасштабному производству, и делает этот процесс доступным для использования на крупных объектах, например, на очистных сооружениях, говорит он. Он добавляет, что аэрогели могут быть удалены из воды и повторно использованы в других местах, и что они не оставляют никаких остатков в воде.
«Мы можем использовать эти аэрогели не только для того, чтобы содержать частицы графена, но и частицы наномета, которые могут выступать в качестве катализаторов», — говорит Айх. Вместе с другими соавторами Айз зарегистрировал патент на графеновый аэрогель, описанный в исследовании, и теперь находится в поисках промышленных партнеров для коммерциализации процесса.