Опреснение морской воды — важный источник питьевой воды во многих странах мира. Однако этот процесс связан с определенным техническими сложностями и является достаточно дорогостоящим: очистка 1 м3 воды обходится в 0,5-0,85 доллара США. Новые графеновые фильтры, разрабатываемые Массачусетским технологическим институтом, позволят производить очистку дешевле и эффективнее.
Из-за высокой стоимости и больших затрат энергии, большая часть опреснительных мощностей сконцентрирована в нефтедобывающих странах Персидского залива, которые могут позволить себе расходы, связанные с процессом многостадийной флеш-дистилляции. Вне стран Ближнего востока используется несколько более простой и чуть более дешевый метод обратного осмоса, при котором соленая вода проходит через полупроницаемую мембрану, пропускающую чистую воду, но не содержащиеся в ней соли. По оценкам 2007 года, объем опресняемой ежедневно воды составляет около 30 млрд. литров.
Сегодня для обратного осмоса используются относительно толстые мембраны. Чтобы «протолкнуть» через них воду под давлением, необходимо затратить немало энергии. Ученые из Массачусетского технологического института предлагают заменить мембраны на графеновые решетки толщиной в один атом. Поскольку графен во много раз тоньше, чем традиционные мембраны, пропускание через него воды потребует гораздо меньше энергии.
Ключевая проблема, которую необходимо разрешить, чтобы такие графеновые решетки были эффективны — подбор правильного размера пор. Если он будет слишком большим, то решетка не сможет отфильтровывать соль, а если слишком маленьким, то она не пропустит воду. Как утверждает Джеффри Гроссман, ассоциированный профессор факультета материаловедения и техники Массачусетского технологического института, диапазон подходящих размеров очень ограничен. Поры, размером в 1 нм, отлично выполняют свою функцию, а вот при уменьшении диаметра пор до 0,7 нм мембрана перестает быть проницаемой для воды.
На данный момент исследователи сосредоточены в основном на компьютерном моделировании процесса обратного осмоса при использовании графеновой решетки. Технологию массового производства таких фильтров еще предстоит разработать.
Морская вода (справа), состоящая из молекул воды (красно-белых), ионов хлора и натрия (зеленых и фиолетовых, соответственно) проходит через графеновую решетку (голубая, по центру). Вода проходит на левую сторону беспрепятственно, а хлор и натрий блокируются решеткой.
По материалам Массачусетского технологического института
