سامانه‌های غشایی تصفیه آب نوین پایه گرافنی، راهکار حل بحران آب در آینده‌ای نزدیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی فناوری نانو، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

با پیدایش گرافن در قرن اخیر، همه‌روزه شاهد نمایان گشتن وجوه جدیدی از خواص فوق‌العاده‌ی این ماده بوده‌ایم. ضخامت اتمی، استحکام بالا و نفوذناپذیری ساختار گرافن، همگی پتانسیل‌های بالایی را برای کاربرد این ماده در زمینه‌های گوناگون فراهم آورده‌اند. در سال‌های اخیر اثربخشی این ماده در بحث پالایش آب نیز موردبررسی محققین قرارگرفته و نتایج حیرت‌انگیزی به‌دست‌آمده است. بر طبق آزمایش‌ها، قرارگیری گرافن تک لایه‌ و چندلایه‌ی متخلخل در مسیر جریان آب، می‌تواند آب را با بازده بالایی تصفیه کند، این در حالی است که سطح جریان آب عبوری بسیار بالاست. دانشمندان در کنار آزمایش‌های عملی توسط شبیه‌سازی‌های محاسباتی بر روی بهبود ساختار و هندسه‌ی نسل جدید سامانه‌های غشایی متمرکز گشته‌اند و امیدوارند که بتوانند بسیاری از مشکلات زیست‌محیطی قرن اخیر، ازجمله بحران آب را با استفاده از قابلیت‌های این ماده برطرف سازند.
 

کلیدواژه‌ها


[1]        M. Diallo, A. Street, R. Sustich, J. Duncan, and N. Savage, William Andrew, (2009).
[2]        H. Gao, Q. Shi, D. Rao, Y. Zheng, J. Su, Y. Liu, Y. Wang, K. Deng, and R. Lu, The Journal of Physical Chemistry C, 40, 22105-22113, (2017).
[3]        S. Dervin, D. D. Dionysiou, and S. C. Pillai, Nanoscale, 33, 15115-15131, (2016).
[4]        A. K. Geim and K. S. Novoselov, World Scientific, 11-19, (2010).
[5]        R. Peierls, Ann. IH Poincare, 177-222, (1935).
[6]        S. Hu, M. Lozada-Hidalgo, F. Wang, A. Mishchenko, F. Schedin, R. Nair, E. Hill, D. Boukhvalov, M. Katsnelson, and R. Dryfe, Nature, 7530, 227-230, (2014).
[7]        D. Cohen-Tanugi, L. C. Lin, and J. C. Grossman, Nano letters, 2, 1027-1033, (2016).
[8]        M. E. Suk and N. Aluru, The Journal of Physical Chemistry Letters, 10, 1590-1594, (2010).
[9]        D. Cohen-Tanugi and J. C. Grossman, 7, 3602-3608, (2012).
[10]      S. C. O’Hern, C. A. Stewart, M. S. Boutilier, J. C. Idrobo, S. Bhaviripudi, S. K. Das, J. Kong, T. Laoui, M. Atieh, R. Karnik, ACS nano, 11, 10130-10138, (2012).
[11]      S. C. O’Hern, M. S. Boutilier, J.-C. Idrobo, Y. Song, J. Kong, T. Laoui, M. Atieh, R. Karnik, Nano letters, 3 1234-1241, )2014(.
[12]      S. P. Surwade, S. N. Smirnov, I. V. Vlassiouk, R. R. Unocic, G. M. Veith, S. Dai, S. M. Mahurin, Nature nanotechnology, 5, 459-464, (2015).
[13]      T. Hesjedal, Applied Physics Letters, 13, 133106, (2011).
[14]      L. Wang, C. M. Williams, M. S. Boutilier, P. R. Kidambi, and R. Karnik, Nano letters, 5, 3081-3088, (2017).
[15]      P. R. Kidambi, D. D. Mariappan, N. T. Dee, A. Vyatskikh, S. Zhang, R. Karnik, A. J. Hart, ACS applied materials & interfaces, 12, 10369-10378, (2018).
[16]      W. S. Hummers Jr and R. E. Offeman, vol. 6, 1339-1339, (1958).
[17]      M. Yi and Z. Shen, Journal of Materials Chemistry A, 22, 11700-11715, (2015).
[18]      B. Tang, L. Zhang, R. Li, J. Wu, M. N. Hedhili, and P. Wang, Nanoscale, 2, 1108-1116, (2016).
[19]      Y. P. Tang, D. R. Paul, and T. S. Chung, Journal of Membrane Science, 199-208, (2014).
[20]      P. Sun et al., Acs Nano, 1, 428-437, (2012).
[21]      V. H. Pham, T. V. Cuong, S. H. Hur, E. W. Shin, J. S. Kim, J. S. Chung, E. J. Kim, Carbon, 7, 1945-1951, (2010).
[22]      J. T. Robinson, M. Zalalutdinov, J. W. Baldwin, E. S. Snow, Z. Wei, P. Sheehan, B. H. Houston, Nano letters, 10, 3441-3445, (2008).
[23]      J. T. Robinson, F. K. Perkins, E. S. Snow, Z. Wei, and P. E. Sheehan, Nano letters, 10, 3137-3140, (2008).
[24]      H. A. Becerril, J. Mao, Z. Liu, R. M. Stoltenberg, Z. Bao, and Y. Chen, ACS nano, 3, 463-470, (2008).
[25]      M. Majumder, N. Chopra, R. Andrews, and B. J. Hinds, Nature, 7064, 44, (2005).
[26]      R. Nair, H. Wu, P. Jayaram, I. Grigorieva, and A. Geim, Science, 6067, 442-444, (2012).
[27]      S. Homaeigohar and M. Elbahri, NPG Asia Materials, 8, e427, (2017).
[28]      Y. Han, Z. Xu, and C. Gao, Advanced Functional Materials, 23, 29, 3693-3700, (2013).
[29]      C. Xu, A. Cui, Y. Xu, and X. Fu, Carbon, 465-471, (2013).
[30]      Y. Han, Y. Jiang, and C. Gao, ACS applied materials & interfaces, 15, 8147-8155, (2015).
[31]      Y. Zhang, S. Zhang, and T.-S. Chung, Environmental science & technology, 16, 10235-10242, (2015).
[32]      S. Zheng, Q. Tu, J. J. Urban, S. Li, and B. Mi, ACS nano, (2017).
[33]      J. Abraham, K. S. Vasu, C. D. Williams, K. Gopinadhan, Y. Su, C. T. Cherian, J. Dix, E. Prestat, S. J. Haigh, I. V. Grigorieva, Nature nanotechnology, 6, 546, (2017).
[34]      P. Zhu, B. G. Sumpter, and V. Meunier, The Journal of Physical Chemistry C, 16, 8276-8281, (2013).
[35]      F. Li, X. Jiang, J. Zhao, and S. Zhang, Nano Energy, 488-515, (2015).
[36]      G. Srinivas, J. W. Burress, J. Ford, and T. Yildirim, Journal of Materials Chemistry, 30, 11323-11329, (2011).
[37]      W. S. Hung, C. H. Tsou, M. De Guzman, Q. F. An, Y. L. Liu, Y. M. Zhang, C. C. Hu, K. R. Lee, J. Y. Lai, Chemistry of Materials, vol. 9, 2983-2990, (2014).
[38]      D. Hua, R. K. Rai, Y. Zhang, and T.-S. Chung, Chemical Engineering Science, 341-349, (2017).
[39]      T. Tsoufis, F. Katsaros, Z. Sideratou, G. Romanos, O. Ivashenko, P. Rudolf, B. Kooi, S. Papageorgiou, M. Karakassides, Chemical Communications, 75, 10967-10970, (2014).
[40]      R. Kumar, V. M. Suresh, T. K. Maji, and C. Rao, Chemical Communications, 16, 2015-2017, (2014).
[41]      B. Feng, K. Xu, and A. Huang, Desalination, 123-130, (2016).
[42]      G. Mercier, A. Klechikov, M. Hedenström, D. Johnels, I. A. Baburin, G. Seifert, R. Mysyk, A. V. Talyzin, The Journal of Physical Chemistry C, 49, 27179-27191, (2015).
[43]      Y. Chan and J. M. Hill, Nanotechnology, 30, 305403, (2011).
[44]      E. Haque et al., Chemistry–An Asian Journal, 3, 283-288, (2017).
[45]      T. P. N. Tran, A. Thakur, D. X. Trinh, A. T. N. Dao, and T. Taniike, Applied Catalysis A: General, 60-67, (2018).
[46]      M. Li, J. Wang, C. Jiao, C. Wang, Q. Wu, and Z. Wang, Journal of Chromatography A, 17-24, (2016).
[47]      A. Nicolaï, B. G. Sumpter, and V. Meunier, Physical Chemistry Chemical Physics, 18, 8646-8654, (2014).
[48]      J. W. Burress, S. Gadipelli, J. Ford, J. M. Simmons, W. Zhou, and T. Yildirim, Angewandte Chemie International Edition, 47, 8902-8904, (2010).
[49]      J. Y. Chong, B. Wang, C. Mattevi, and K. Li, Journal of Membrane Science, 385-392, (2018).
[50]      D. Konatham, J. Yu, T. A. Ho, and A. Striolo, Langmuir, 38, 11884-11897, (2013).
[51]      B. Chen, H. Jiang, X. Liu, and X. Hu, ACS Applied Materials & Interfaces, 27, 22826-22836, (2017).
[52]      D. W. Boukhvalov, M. I. Katsnelson, and Y. W. Son, Nano letters, 8, 3930-3935, (2013).
[53]      Y. Zhao, Y. Xie, Z. Liu, X. Wang, Y. Chai, and F. Yan, Small, 22, 4521-4542, (2014).
[54]      P. Sun, F. Zheng, M. Zhu, Z. Song, K. Wang, M. Zhong, D. Wu, R. B. Little, Z. Xu, H. Zhu, Acs Nano, 1, 850-859, (2014).