Химики из Университета Манчестера разработали мембрану на основе оксида графена, которую можно использовать для фильтрования органических растворителей. Если раньше такие мембраны только опресняли воду, то теперь их можно использовать и для очистки от крупных молекул большого количества разных органических растворителей, сообщается в статье, опубликованной в Nature Materials. В частности, с помощью них можно очищать от красителей алкогольные напитки, такие как коньяк или виски.

Оксид графена (как и сам графен) имеет структуру одноатомного слоя, в котором к двумерной углеродной сетке по краям или внутри нее присоединены функциональные группы, содержащие атомы кислорода и водорода. Такие одноатомные листы можно собирать в слоистые структуры с нанометровыми зазорами между слоями. В эти зазоры могут проходить молекулы небольшого размера, что делает оксид графена очень перспективным материалом для молекулярного фильтрования, и уже сейчас его используют для опреснения воды. Однако до сегодняшнего дня использование таких мембран ограничивалось исключительно водными растворами: ни один органический растворитель с помощью них очистить от крупномолекулярных примесей было невозможно.

В своей работе ученые из Великобритании, Китая, США и Испании под руководством Рауля Наира (Rahul R. Nair) из Университета Манчестера разработали новые слоистые мембраны на основе оксида графена, с помощью которых можно фильтровать и органические растворители. Для того, чтобы заставить такие мембраны пропускать не только воду, но и органические компоненты, химики предложили сделать их ультратонкими. Толщина полученных мембран составляла от 8 до 50 нанометров, при этом ширина каналов внутри них была около одного нанометра. Такие мембраны химики получали из пластинок оксида графена размером от 10 до 20 микрон (обычные более толстые мембраны получают из значительно более маленьких пластин размером меньше одного микрона) и наносили их на пористую алюминиевую подложку.

Электронные микрофотографии алюминиевой пористой подложки (во врезе) и подложки с нанесенной на нее оксид-графеновой мембраной. Q. Yang et al./ Nature Materials, 2017

Работу мембраны авторы работы продемонстрировали на частичках красителя в метаноле. В результате химикам удалось отфильтровать более 99,9 процента всех красителей, даже не очень большой молекулярной массы. Успешно профильтровав метанол, ученые решили проверить, что такой фильтр будет делать с виски или коньяком. Оказалось, что оксид-графеновая мембрана позволяет полностью профильтровать алкогольные напитки и избавить их от янтарной окраски, оставив только прозрачную смесь растворителей.

Также работоспособность мембраны была показана и для других органических растворителей, включая несколько спиртов, ацетон, тетрагидрафуран, ацетонитрил и гексан. Объем вещества, которое можно пропустить через такую мембрану за один час при давлении в одну атмосферу напрямую зависит от вязкости растворителя и составляет для изученных растворителей от 2,5 до 18 литров на квадратный метр мембраны.

По словам авторов работы, разработанная ими мембрана в будущем может сильно помочь при очистке органических растворителей для химической и фармацевтической промышленности.

Оксид графена может использоваться не только для фильтрации воды или органических растворителей, но и, например, для создания аккумуляторов. Один из таких аккумуляторов ученые «получили»:[http://www.nanonewsnet.ru/…akkumulyator, смешав графен с силиконом и использовав в качестве растворимой матрицы кубик сахара.

Автор: Александр Дубов