Углеродные нанотрубки – отличные мембраны, пропускающие воду. Недавно ученым удалось управлять с высокой степенью точности протоком воды через мембрану.

Как сообщает EurekAlert, исследователи из Политехнического Института Ренсслеера (Rensselaer Polytechnic Institute) разработали систему фильтрации воды с помощью нанотрубок, позволяющую практически мгновенно опреснять морскую воду. Кроме того, нано-фильтр будет полезен для мгновенной сортировки участков ДНК в биологических тестах.

Основа метода – использование нанотрубочных мембран в качестве селективного элемента. Однако углеродные нанотрубки гидрофобны, поэтому до сих пор ученым не удавалось пропустить через них воду, и, тем более, создать работоспособный фильтр на их основе.

«Хотя эта проблема давно известна, нам удалось решить ее на фундаментальном уровне, – говорит профессор Никил Кораткар (Nikhil Koratkar). – Мы изучили электрохимию процесса взаимодействия воды с поверхностью нанотрубки и установили, как можно добиться протекания воды через эту наноструктуру».

Оказалось, что подача на нанотрубку определенного низкого потенциала заставляет воду просачиваться через стенки нанотрубок. При этом ученые могут с небывалой точностью контролировать этот процесс, изменяя напряжение.

«Не секрет, что одним из главных вопросов человечества, которые встанут перед ним в будущем, будет добыча чистой пресной воды, – продолжает Никил. – Если же мы сможем эффективно опреснять морскую воду, то проблема будет решена. Я считаю, что своим открытием мы сделали первый шаг к решению этой проблемы. Следующим шагом мы постараемся сортировать с помощью нанотрубок молекулы протеинов и ДНК, для того, чтобы улучшить современные ДНК-анализаторы».

Процесс работы нано-фильтра очень прост: вода заряжается до отрицательного потенциала в –1,7 Вольт, в то время как углеродной нанотрубке сообщается эквивалентный положительный потенциал. После этого нанотрубка «переключается» из гидрофобного «режима» в гидрофильный «режим», пропуская через себя воду. Однако если ученые заряжали отрицательно нанотрубку, а воду – положительно, то для протока требовался серьезный потенциал – около 90 Вольт.

В основе этого процесса лежит электрохимическое оксидирование нанотрубки, благодаря которому она и становится гидрофильной.

Теперь же ученые планируют сделать прототип нанотрубочного фильтра, позволяющего отделять органику и соли от чистой воды.