Inżynierowie z Uniwersytetu Wiedeńskiego opracowali nowy materiał kompozytowy, który może stanowić wydajny filtr do usuwania zanieczyszczeń organicznych z wody. System wykorzystuje super porowate nanogąbki osadzone na arkuszu grafenu. Kluczem sukcesu jest klasa materiału zwana kowalencyjnymi strukturami organicznymi (COF).
Struktury COF są niezwykle porowate przez co skutecznie chwytają duże ilości molekuł. Podobna klasa materiałów znanych jako struktury metaloorganiczne (MOF), są badane pod kątem zastosowania w wychwytywaniu dwutlenku węgla, odsalaniu lub wyciąganiu wody pitnej z powietrza.
W najnowszym eksperymencie Uniwersytetu Wiedeńskiego skupiono się na wykorzystaniu COF do usuwania organicznych barwników z wody. Takie chemikalia są dość powszechnym zanieczyszczeniem ścieków przemysłowych. Mogą być toksyczne oraz rakotwórcze, nie wspominając o tym, że są trudne do usunięcia.
Materiał COF poddano odpowiedniej modyfikacji, aby selektywnie chwytał cząsteczki barwnika organicznego. Obejmuje to nadanie porom odpowiedniego kształtu i rozmiaru (od 0,8 do 1,6 nanometra) oraz nadanie powierzchni ładunku ujemnego, aby przyciągnąć dodatnio naładowane cząsteczki barwnika.
Równomierne rozłożenie cząsteczek COF było możliwe przez zastosowanie arkusza grafenu. W ten sposób uniknięto gromadzenia się materiału na zewnętrznych krawędziach
Efekt końcowy stanowiła 2-nanometrowa warstwa COF na jednoatomowej warstwie grafenu, co zwiększyło maksymalną zdolność materiału do zatrzymywania cząsteczek barwnika organicznego. Sam grafen ma dość duże pory, dzięki czemu woda może szybko przepływać przez zbudowany z niego arkusz.
Czytaj też: Ogromna rewolucja jednorazowej elektroniki! Oto związana z nią bateria papierowa
Zdaniem naukowców duże pory w sieci grafenowej w połączeniu z ultracienką warstwą COF i dużą liczbą miejsc adsorpcji umożliwiają szczególnie szybkie i wydajne oczyszczanie ścieków. Technologia nie jest też specjalnie droga w produkcji, a do jej użycia nie potrzeba dużo grafenu. Ponadto sam materiał COF można wyczyścić i ponownie użyć.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Angewandte Chemie.
