El ingenioso grafeno ‘arrugado’ podría ser el filtro de agua más prometedor hasta ahora

Grafeno continúa deslumbrándonos con su fuerza y ​​su versatilidad: todo el tiempo se descubren nuevas y emocionantes aplicaciones para él, y ahora los científicos han encontrado una manera de manipular el material maravilloso para que pueda filtrar mejor las impurezas del agua.

El material bidimensional compuesto por átomos de carbono se ha estudiado como una forma de limpiar el agua antes, pero el nuevo método podría ofrecer el enfoque más prometedor hasta ahora. Todo se debe a la explotación de lo que se conoce como brechas de van der Waals: los pequeños espacios que aparecen entre los nanomateriales 2D cuando están superpuestos entre sí.

Estos nanocanales se pueden utilizar de diversas formas, que los científicos están explorando ahora, pero la delgadez del grafeno causa un problema de filtración: el líquido tiene que pasar gran parte de su tiempo viajando a lo largo del plano horizontal, en lugar del vertical, lo que haría sea ​​mucho más rápido.

Para resolver este problema, el equipo detrás del nuevo estudio utilizó un sustrato elástico para comprimir la capa de grafeno en una serie microscópica de picos y valles. Eso significa que el líquido puede deslizarse por la ladera de un pico verticalmente, en lugar de recorrer las llanuras abiertas horizontalmente (todo a nanoescala, por supuesto).

filtro de grafeno arrugado(Universidad de Brown)

“Cuando empiezas a arrugar el grafeno, estás inclinando las hojas y los canales fuera del plano”, dice el científico de materiales Muchun Liu del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).

“Si lo arrugas mucho, los canales terminan alineados casi verticalmente”.

Para terminar el efecto, el grafeno y el sustrato se fijan en una sustancia epoxi, antes de que se recorten las cimas de los picos y los fondos de los valles. Le da al líquido una ruta más rápida a través del grafeno al mismo tiempo que permite que se produzca la filtración.

Liu y sus colegas han dado a los nuevos materiales el nombre de VAGMEs (membranas de grafeno alineadas verticalmente), y más adelante podrían encontrar usos mucho más allá de hacer que el agua sea segura para beber.

“Lo que terminamos es una membrana con estos canales cortos y muy estrechos a través de los cuales solo pueden pasar moléculas muy pequeñas”. dice el ingeniero químico Robert Hurt, de la Universidad de Brown.

“Entonces, por ejemplo, el agua puede pasar, pero los contaminantes orgánicos o algunos iones metálicos serían demasiado grandes para pasar. Así que podría filtrarlos”.

El siguiente paso será poner esto en práctica y elaborar un sistema de filtrado práctico, pero la teoría es sólida. El material pasó una de sus primeras pruebas al permitir que el vapor de agua fluyera, mientras atrapaba hexano moléculas.

Eventualmente, estas VAGMEs podrían encontrar usos en sistemas de filtrado industriales o domésticos, los científicos dicen – solo una de las muchas formas prometedoras en que se está utilizando el grafeno en varios campos científicos diferentes.

En cuanto a los nanocanales que operan entre materiales 2D superdelgados como el grafeno, aquí también hay mucho potencial, según los expertos. Cuanto más de cerca los científicos miran estos nanomateriales, más descubren.

“En la última década, ha surgido todo un campo para estudiar estos espacios que se forman entre nanomateriales 2D”, dice Hurt.

“Puedes cultivar cosas allí, puedes almacenar cosas allí, y está este campo emergente de nanofluidos en el que estás usando esos canales para filtrar algunas moléculas mientras dejas pasar otras”.

La investigación ha sido publicada en Comunicaciones de la naturaleza.

.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *