Инженеры Венского университета разработали новый композитный материал, который является эффективным фильтром для удаления органических загрязнителей из водной среды. В системе используются сверхпористые "наногубки", встроенные в лист графена.

Исследователи разработали наногубки из ковалентных органических каркасов ( COFs). Они способны эффективно очищать воду от промышленных загрязнителей. Depositphotos

Ключом для создания новых фильтров послужил целый класс материалов, называемых ковалентными органическими каркасами (COFs). Эти чрезвычайно пористые полимеры имеют очень большую площадь внутренней поверхности - от 600 до 1500 квадратных метров на один грамм вещества. Такая структура позволяет им эффективно захватывать большое количество самых разных молекул. Родственные им материалы, известные как металлоорганические каркасы (МОФы), сегодня исследуются на предмет потенциального улавливания углерода, опреснения морской воды или получения питьевой воды из воздуха.

В рамках нового эксперимента ученые решили использовать COF для удаления из воды органических красителей. Эти вещества являются типичными загрязнителями промышленных сточных вод. Как правило, все они относятся к сильным ядам и канцерогенам, к тому же процесс удаления их из водной среды очень сложен.

Эксперты модифицировали COF таким образом, что они стали селективно захватывать молекулы красителей. Они изменили форму и размеры пор (от 0,8 до 1,6 нанометра) и придали поверхности отрицательный заряд, что позволило притянуть положительно заряженные частицы красящих веществ.

Однако предстояло преодолеть еще одно препятствие. При использовании порошкообразного COF внешние поры материала забивались первыми, блокируя доступ к внутренним каркасам, тем самым значительно снижая эффективность технологии. Поэтому команда решила распределить COF, нарастив его на листе графена

Диаграмма, сравнивающая обычный объемный COF с более эффективной версией, собранной на графеновой подложке. Changxia Li, Freddy Kleitz et al

В результате ученым удалось нанести на одноатомный слой графена слой COF толщиной в два нанометра. Это позволило значительно увеличить пропускную способность материала и обеспечить фиксацию молекул органических красителей. Сам же графен имеет достаточно крупные поры, что позволяет воде быстро просачиваться сквозь них, пока COF выполняет свою работу.

"Благодаря крупным порам графеновой сетки в сочетании с ультратонким слоем COF и большой площадью адсорбционной поверхности достигается очень быстрая и эффективная очистка сточных вод", - утверждают исследователи.

Ученые считают, что этот метод не требует больших затрат. Не нужно использовать много графена, а COF можно очищать и использовать многократно.

Результаты данного проекта были зарегистрированы в международном издании Angewandte Chemie.

Источники: University of Vienna, journal Angewandte Chemie.
1. (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202206564)
2. (https://medienportal.univie.ac.at/media/aktuelle-pressemeldungen/detailansicht/artikel/nano-schwaemme-mit-potenzial-fuer-die-abwasseraufbereitung/)