Mga nanoporous na lamad ay mahalagang mga tool para sa pagsala ng mga dumi mula sa tubig at maraming iba pang mga application. Gayunpaman, marami pa ring kailangang gawin upang maperpekto ang kanilang mga disenyo.
Kamakailan, ipinakita ng lab ni Prof. Amir Haji-Akbari na kung saan mismo ang mga nanosized na butas ay inilalagay sa lamad ay maaaring gumawa ng malaking pagkakaiba. Ang mga resulta ay nai-publish sa ACS Nano.
Nanoporous membrane. Kredito ng larawan: Yale University
Sa nakalipas na mga taon, matagumpay na nagamit ang mga nanoporous membrane na gawa sa graphene, polymers, silicon at iba pang materyales para sa paghihiwalay ng gas, pag-desalinate ng tubig, pagsasala ng virus, pagbuo ng kuryente, pag-iimbak ng gas, at paghahatid ng gamot. Gayunpaman, ang paglikha ng mga lamad na nagpapahintulot sa lahat ng tamang molekula na dumaan habang pinapanatili ang mga hindi kanais-nais ay napatunayang nakakalito.
Para sa desalinating na tubig, halimbawa, ang lamad ay dapat magkaroon ng mataas na permeability para sa tubig habang sapat na hinaharangan ang maliliit na ionic at molekular na solute, at iba pang mga dumi. Ngunit natuklasan ng mga mananaliksik na ang pagpapahusay ng pagkamatagusin ng isang lamad ay kadalasang nakompromiso ang pagkapili nito, at kabaliktaran.
Ang isang promising na diskarte ay ang pag-optimize ng chemistry at geometry ng mga nakahiwalay na nanopores upang makamit ang ninanais na permeability at selectivity, at ilagay ang marami sa mga pores na iyon hangga't maaari sa loob ng nanoporous membrane. Ang eksaktong kung paano nakakaapekto ang magkalapit na mga pores sa isa't isa, bagaman, ay hindi malinaw.
Sa nanoscale, ang mga molekula na nakikipag-ugnayan sa mga pore wall ay maaaring magpakita ng mga pag-uugali na sumasalungat sa mga kumbensyonal na teorya. Ang Haji-Akbari lab ay nag-explore kung maaari silang magdisenyo ng mga makabagong sistema ng lamad na may mas mataas na katumpakan at kahusayan sa pamamagitan ng pagpino sa mga nanopores.
Sa mga simulation ng computer, natuklasan ng pangkat ng pananaliksik ni Haji-Akbari na ang nanoscale proximity sa pagitan ng mga pores ay maaaring makaapekto sa pagkamatagusin ng tubig at pagtanggi ng asin. Sa partikular, lumikha sila ng mga simulation ng mga lamad na may iba't ibang pattern ng paglalagay ng butas, kabilang ang isang hexagonal na sala-sala (figure sa itaas) at isang honeycomb lattice (karapatan). Ang nahanap nila ay ang hexagonal pattern, na nagpapahintulot para sa higit na distansya sa pagitan ng mga pores, ay may mas mataas na permeability/selectivity performance kaysa sa lamad na may honeycomb pattern.
Ang mga epektong ito ay lumihis mula sa itinatag na mga teorya, sinabi ni Haji-Akbari.
Isang nanopore filter - masining na impresyon. Larawang nilikha ni Alius Noreika gamit ang Copilot Designer
"Ang pagpapalagay na ito na ang pore resistance ay independiyente sa kalapitan ng pore ay hindi tama," sabi ni Haji-Akbari, assistant professor ng kemikal at environmental engineering. "Malinaw, depende ito sa kalapitan."
Ang kanilang mga natuklasan ay nagbigay ng insight sa kung paano pinabilis ng mga epektong ito ang paggalaw ng ilang mga ion sa pamamagitan ng mga lamad habang nagiging sanhi ng pagbawas ng bilis ng iba pang mga ion. Dagdag pa, maaari nitong ipaalam ang mas mahusay na mga disenyo ng nanoporous membranes para sa pinahusay na proseso ng paghihiwalay tulad ng desalination ng tubig at iba pang mga aplikasyon.
Source: unibersidad ng Yale
