Grafen a jeho deriváty dovedou ledacos. Poslední dobou si značnou pozornost získaly membrány z oxidu grafenu, jako velmi slibný materiál pro vývoj nových technologií filtrace. Teď se díky těmto materiálům pomalu dostáváme k vytoužené metě filtrace, kterou představuje odfiltrování solí z mořské vody.
V dnešní době postupujícího oteplování planety dochází v řadě míst ke ztenčování zásob dostupné vody. Proto stále vzrůstá poptávka po technologiích odsolování mořské vody. Té je na naší planetě poměrně dost. Nový výzkum materiálových vědců Manchesterské univerzity ukazuje, že už máme skutečně nadosah aplikace, které zajistí čistou pitnou vodu pro miliony lidí, bojujících každý den s nedostatkem vody. Badatelé navazují na předešlý výzkum, který již předvedl, že membrány z oxidu grafenu by mohly být opravdu skvělé pro separaci plynů a filtraci vody.
V manchesterském Národním institutu grafenu už vyvinuli membrány z oxidu grafenu, s nimiž vědci dokázali odfiltrovat malé nanočástice, organické molekuly, a dokonce i velké molekuly solí. Zatím ale ještě tyto membrány nebyly použity k filtrování běžných anorganických solí, které je nutné pro odsolení mořské vody. Takový postup totiž vyžaduje nanosíta s ještě o něco menšími oky přísně uniformní velikosti.
Manchesterský tým na tom zapracoval a výsledkem jejich snažení jsou membrány s přesně určenou (a velice malou) velikostí ok. S takovými membránami už lze odfiltrovat molekuly anorganických solí z vody a vyrobit tím normálně pitnou vodu. Když jsou anorganické soli rozpuštěné ve vodě, tak jejich molekuly obklopuje shluk molekul vody. Díky tomu mohou membrány z oxidu grafenu zablokovat průchod solí nanokapilárami. Volné molekuly vody oproti tomu projdou skrz takovou membránu velmi rychle, což je pro aplikaci membrány v odsolování úplně ideální.
Šéf výzkumu Rahul Nair si pochvaluje, že vytvoření membrán s uniformní velikostí pórů, která je blízká velikosti atomů, představuje významný krok vpřed. Takové membrány by navíc bylo možné vyrábět ve velkém, což otevírá cestu k praktickým aplikacím membrán z oxidu grafenu v odsolovacích technologiích, i v jiných technologiích filtrace, například filtrace iontů přesně podle jejich velikosti. Podle Naira šlo o první přesvědčivý experiment s membránou takových vlastností. Badatelé zároveň předvedli, že je možné vyrábět membrány založené na grafenu s přesně určenou velikostí pórů o rozměrech blízkých atomům v průmyslovém měřítku.
Podle odhadů OSN bude v roce 2025 14 procent obyvatel planety pociťovat závažný nedostatek vody. Technologie odsolování s membránami z oxidu grafenu by se mohla stát průlomem ve filtraci vody po celém světě. Odborníci věří, že odsolovací zařízení s těmito membránami bude možné vyrábět i v podmínkách, kde chronicky scházejí finanční prostředky. Projevilo by se to především v chudých zemích, kde si nemohou dovolit výkonné továrny na odsolování mořské vody.
Video: Graphene: Membranes and their practical applications
Literatura
University of Manchester 3. 4. 2017, Nature Nanotechnology 3. 4. 2017.
Grafen jako ideální vodní filtr
Autor: Dagmar Gregorová (31.01.2012)
Milostná pletka grafenu s vodou
Autor: Stanislav Mihulka (16.02.2014)
Převratný grafenový filtr by mohl zajistit pitnou vodu pro celou planetu
Autor: Stanislav Mihulka (19.03.2016)
Diskuze:
Krásná a dajná Asonovna Elbakyan ráda darovala ovoce ze Stromu Poznání nejen Kazašskému a Čečenskému národu, ale i logistickým protočechiánským kmenům
Josef Hrncirik,2017-04-06 07:57:31
Pomocí zázračného klíče Sci-hub si i my za hubičku můžeme otevřít 10.1038/nnano.2017.21 a pohlédnout Nahé Pravdě do očí.
Autoři konstatují, že u klasických odsolovacích membrán dosahovaná propustnost 2-2 l/m2.h.bar je postačující, při dosahované selektivitě odsolení.
Přesto se vnucují s grafenem.
Protože grafit i grafen je vodou nesmáčen, nedá se bez hydrofifizace povrchu alespoň částečnou oxidací či aplikací smáčedel sni drastickým mučením trvale delaminovat.
Delaminovaný systém by však měl snahu asociovat a měl by navíc obludnou viskozitu.
Drastickým waterboardingem ve vařící sonifikované chomsírové oxidační směsi dopované manganistanem a chlorečnanem lze povrchové vrstvy grafitu lokálně naoxidovat (a zavěsit na něj alkoholické, aldehydické, keto, karboxy, či teoreticky i esterové či epoxidové skupiny).
Jak bystře podotkl kolega, lehce dojde završením těchto háklivých operací ke zplynování nebohého grafitu (grafenu), protože oxidovaná místa se oxidují přednostně.
Zoxidované zle poničené cáry mnohdy jednovrstvé grafenové vlajky lze jakž takž delaminovat a při extrémně nízké koncentraci nanášet jako vrstvu tohoto prapodivného listí natíráním či filtrací.
Autoři píší, že vzhledem ke stochasticitě leptání či bombardování je snaha o pravidelné propichování i krásné panenské grafenové fólie marná a vede k inevitable collateral demages a nutně se bohapustě zvrhne.
Potrhané a natrávené listí má velikost snad 1 um.
Hydrofilní skupiny na sebe váží vodu a mimo záhadné kanály v překladech listí mnohdy i z více grafitových vrstev a nepravidelných trhanů snad mezery mezi listím mají cca 13 A°.
Tak tlustou vrstvou kapaliny v mezeře ionty solí vesele prohučí bez zpomalení, tj. i částečného zadržení (částečného odsolení).
Proto ani delaminovaný GO nelze použít k odsolování vody.
Josef Hrncirik,2017-04-06 14:03:50
Vzdálenost mezi vrstvami delaminovaného GO je v mokré vrstvě cca 13 A° tj. 13 Aˇ či 1,3
nm.
Grafen se ve vodě nedá delaminovat, zpátky asociuje na sebe.
Pokud se GO částečně zredukuje N2H4 či BH4-, je hydrofobnější a mezery se zmenší.
Na odsolování to však nestačí.
Vzdálenosti mezi C vrstvami se dají měřit difrakcí Roentgenova záření.
Za mokra je to pro odsolení příliš průchozí.
Hydrofilní oxidovaná místa sorbují vodu i ze vzduchu.
Ve vysušené vrstvě kravince z natráveného listí je tato vzdálenost menší.
Při snímku nejtenšího papírku měl tl. 3,6 nm, tj. byly to cca 3 C vrstvy,nikdy 2 či 1.
Byla-li vrstva takřka absolutně vysušena, vzdálenost klesne na použitelných cca 0,6 nm.
Pouze ve vrstvě připravené za drastického zředění a proudění a zaříkávání je málo defektů (zkratů pro sůl).
Vše mizí rozmočením.
Proto autoři papírky tlusté cca 100 um (vrstvičky) z GO či jeho směsi s G po vysušení k 0,7 nm vzdálenostem potřeli epoxidem a slisovali do vrstvy tlusté cca 1,5 mm, široké cca 6 mm a dlouhé cca 10 mm.
Vstupní čela ořízli a takto připravili filtříčky průřezu cca 30 mm2 a délky toku 3 mm.
Vše muselo být tak malé a délka toku 3 mm tak velká a ztuha opět zalito do otvoru v kovové desce, aby to nenabotnalo a neztratilo schopnost odsolovat.
Jak vidno průřez filtru se nedá rozumně zvětšit a naopak délka proudění se ztrátami či nevyužitou membránou (kanálky) snížit.
Není to ani použitelné jako cigaretový podvodní fitr.
Příprava G papírků, jejich laminace do epoxidu a filtrační desky
Josef Hrncirik,2017-04-06 20:51:12
Je na s. 1-2 + 1 Suppl.
Zbaběle pro jistotu filtrovali jen čistou vodu.
Filtrování solného roztoku se báli jako mohamedáni kříže.
Hladce tak naměřili propustnost při dobré odsolovací šířce (pochopitelně že nic neodsolovali) přijatelných cca 3-4 l/m2.bar.hod..
Toto pozoruhodně vysoké číslo (vzhledem k barbarské délce toku membránou (tj. vlastně ef. tloušťkou filtrační membrány 3 mm! oproti tl. sandviche ze 2 grafenů 0,1 nm )) prý o 3 řády větší než očekávání nejraději vysvětlují mocným skluzem vody po poněkud hydrofobním G.
Kdyby to šlo udělat napříč sandvichem také s prokluzem, efekt by se navíc zlepšil hnedle v poměru zkrácení toků, tj. 3 mm/0,1 nm tj. ještě 3 milionkrát.
Bez prokluzu navíc jen 3 tisíckrát.
Odsolování filtrací se vyhnuli tvrzením, že příprava mikrofiltříků na kterých filtrovali vodu je zdlouhavá a obtížná.
I G papírky před laminací museli sušit 14 dní, aby řádně zhubly.
Při reálném odsolování musí nástřik rychle obtékat vstupní povrch membrány, aby nedocházelo k ucpávání a koncentrační polarizaci (zvýšení koncentrace v reálném vstupu do póru) snižující prostupnost a stupeň odsolení tj. nakonec energetickou náročnost či účinnost.
Báli se pravdy. Když filtrovali vodu, mohli i roztoky.
Omývání vstupů a analýza by nebyl problém
Podlý trik grafénových specialistů dělá zázraky na počkání
Josef Hrncirik,2017-04-06 21:53:30
Pokud by ve filtru byla potlačena koncentrační polarizace na vstupu i výstupu, výsledky pochodu opačného k odsolování, tj. samovolného ředění mořské vody na vstupu, čistou vodou z výstupu by měly být srovnatelné.
Pokud však polarizace není dostatečně potlačena a ev. děj se nedostal do ustáleného stavu, zřeďování neprobíhá svou maximální možnou rychlostí a expert asertivně prohlásí: "Membrána výborně odsoluje, vyplaťte prémie!".
Aby je nikdo nemohl nařknout, že nic neodsolovali, bohatýrsky simulovali odsolování v počítači průchodem iontu vhodnými G kanálky, či z GO zpestřeného z tajemného důvodu visícím fenolickým aniontovým -O minus, kolem kterého ionty bez problémů procházely.
Aby zaměstnali vyšetřovatele a zamotali stopy, vypočítali spoustu hydratačních čísel iontů, jejich poloměry, difúzní koeficienty a aktivační energie vstupu do kanálku a difúze bulk či v kanále.
I Holmes konstatoval, že čin byl proveden dokonale.
Na s S11 již ztratili opatrnost a tvrdí že nyní filtrují pomocí 5 um tenkých GO+G papírků záhadně nalepených na porézní anodizovaný Al disk s filtrační plochou 50 mm2.
Zda šlo o disk s příčným či podélným tokem a jak byl papírek znehybněn proti zlomyslnému nabotnání a ev. průhybu ví jen Akbar.
Pochopitelně že nic nefiltrovali, opět úspěšně použili stejný permeační trik.
Ve své pýše však spadli do medové pasti podobně jako kolegové z "Čip na stromě"; Osel 23.III.18h.17´
Zakoupili na účet grantu pytel fructofuranosidu, aby do jeho 3M roztoku nalákali čistou vodu z mořské vody na druhé straně membrány.
Naměřili skvělé permeability a odsolení při této tzv. forvard osmosis (FO).
Žíznící národy si prý vodu z roztoku fruktopyranosy těsně před smrtí žízní získají budˇ klasickou destilací, nebo reverzní osmózou s lepšími membránami.
Re: Jak se však dostat úspěšně a radostně z medové pasti?:
Josef Hrncirik,2017-04-09 15:43:13
Alkoholickým kvašením při produkci pitné vody (vznikne jen cca 20% vol. lihu pro dospělé).
Pro mládež je vhodné žíznivý roztok sacharózy čerpající vodu z mořské zhydrolyzovat např. kys. fosforečnou, protože invertní cukr je při osmose 2x žíznívější než fructopyranosa a v pitné vodě je pak jen úspornějších cca 10% lihu.
Chutí H3PO4 to připomíná COCA-COLU.
Pro kojence je vhodné provádět mléčné kvašení.
Vzniklý bionápoj velmi napomáhá jejich trávení.
Řeší to i problémy s quotami na fructopyranosu.
Re: Podlý trik grafénových specialistů dělá zázraky na počkání
Josef Hrncirik,2017-04-08 20:48:36
Na S13 přiznávají, že tajemné membrány na Al disku mají malou pevnost a tak musí filtrovat pouze v beztlakovém režimu dopředné osmozy (FO). Beztlakovost si však pouze vysnili z toho, že to je bezčerpadlové.
Rozdíl koncentrací vedoucí na formální rozdíl osmotických tlaků vede k proudění či botnání vyvolávajícímu tlakovou ztrátu max. rovnou až i rozdílu osmotických tlaků.
10 ř. před Suppl. Ref. na S13 píší optimisticky, že membrána má propustnost 0,5 l vody/m2.hod vytažené z mořské vody pomocí 3M roztoku cukru (fruktofuranozy).
Tento med však obsahuje cca 70% hm. cukru a má hustotu 1,5 a je nasycený cukrem a má 2 tisíckrát větší viskozitu než voda.
Takto si tedy nasáli svým 0,5 cm2 grafenovým filtrem na Al disku z mořské vody do 70% medu 0,0008 l vody za 30 hod.
Nasátí 1 l vody by pak trvalo pouhých 37500 h, tj. 4,3 r.
Aby rychlost nasávání neklesla na polovinu, naředěný cukr by i po potlačení koncentrační polarizace mícháním musel mít koncentraci nejméně 2M, tj. 55% tj. viskozitu jen 22x větší než voda.
Cukr slabší než 1M už není schopen z mořské vody vodu vytáhnout, zato sůl nabírá stále ochotně.
Litr vody přemístěný z mořského bláta do melasové louže by pak z ní měli žíznící vytáhnout silnějším ďáblem, např. koncentrovanou H2SO4, nebo logicky a ekologicky destilací.
G filtry jsou stejné chipoviny jako v Osel 23.III. 18h17´ Strom na chipu či Chip na stromě.
Josef Hrncirik,2017-04-08 20:57:52
Re: Příprava G papírků, jejich laminace do epoxidu a filtrační desky
Josef Hrncirik,2017-04-07 18:57:35
Mocný skluz vody po povrchu grafenu snižující odpor proti proudění vody kolem grafenu tisíckrát oproti běžným materiálům, by při nátěru letadlové lodi Nimitz grafenem jí umožnil dorazit na místa toužebně očekávaných chemických útoků o týden dříve než pachatelům.
Tohle je dobrý,
Josef Blecha,2017-04-05 09:31:24
"V dnešní době postupujícího oteplování planety dochází v řadě míst ke ztenčování zásob dostupné vody" - jak je z geologicko/paleontologické historie známo, čím je teplejc, tím víc prší, anžto se odpařuje voda především z oceánu, kde jí je docela dost, a padá mimo jiné na pevnině, kde jí tolik není, a tím tam vody o něco přibude. Ostatně vody je v největším počtu z té "řady míst" méně proto, že se tam s ní šeredí. Že by tohle pan Mihulka nevěděl?
Re: Tohle je dobrý,
Florian Stanislav,2017-04-05 13:32:52
Nesouhlasím.
http://stavba.tzb-info.cz/docu/clanky/0091/009134o2.png
Rozdíl množství nasycených par [g/m3] při 30°C a při mínus -10°C je asi 30 g/m3. Takže při vyšší teplotě se také víc odpařuje vody a v půdní vrstvě může nastat sucho. Meteorologové mají Palmerův index intenzity sucha (PDSI) — velmi rozšířený index sucha, navržený W. C. Palmerem (1965) k hodnocení meteorologického sucha. Kromě deficitu srážek uvažuje i další složky hydrologické bilance, přičemž bere v úvahu rozdílné typy půdy. Zohledněna je i bilance předchozích měsíců, takže pomocí PDSI vymezené epizody sucha vykazují jistou perzistenci bez ohledu na případná přechodná zeslabení sucha. Hodnoty PDSI jsou standardizovány, což umožňuje porovnat intenzitu sucha v oblastech s různým klimatem. Při extrémním suchu klesá hodnota indexu pod –4; kladné hodnoty PDSI naopak reprezentují vlhké období.
angl. Palmer Drought Severity Index.
Klimatologové ( IPCC) předvídají v příštích desetiletích i úbytek srážek v oblasti jihu USA ( pšenice, kukuřice), také v Austrálii a subsaharské Africe. Zjednodušeně: srážek má být víc v oblastech subpolárních, kde už nyní je srážek dost.
zdravotní bezpečnost
Florian Stanislav,2017-04-04 22:00:04
Obávám se, že může nastat u průmyslových aplikací grafenu osud nanovláken. Zvláště, když produktem filtrace má být nezávadná voda.
Skvělý český patent nanovlákna technologií Nanospider, levná výroba, široké aplikace včetně prodyšných náplastí pro USA armádu. ALE- problémy se skladováním větších množství, těžko prokázat, že dluohodobé vdechování nepatrných množství nanovláken nebude mít podobné účinky jako kdysi skvělý azbest pro protipožární účely a dříve brzdné destičky.
Grafen je nakonec uhlík a měl by hořet, takže snad půjde spálit už nefunkční nanosíto.
Re: zdravotní bezpečnost
Josef Hrncirik,2017-04-05 07:19:12
Grafenové síto nadělá z pitné vody karcinogenní pochoutku.
Jsem dnes nějaký nedovtipný.
Miroslav Gretschelst,2017-04-04 21:12:16
Prosím vás, co je to "oxid grafenu"? Dosud jsem si myslel, že grafen je jen jednovrstvá mřížka tvořená atomy uhlíku. A uhlík (jsme se učili před mnoha lety ve škole) oxiduje buď na kysličník uhelnatý nebo uhličitý. Oba jsou za normálních tlaků a teplot plyny a tudíž by z nich asi nešla vytvořit mřížka. Koukám na datum, Apríl už to nebude, a tak prosím, doplňte mi mé zaostalé vědomosti.
Re: Jsem dnes nějaký nedovtipný.
Josef Hrncirik,2017-04-04 21:53:16
Oxidací nánomletého grafitu sonifikovaného ve vroucí (dnes již zakázané chromsírové směsi s přídavkem chlorečnanu či manganistanu) lze po několikahodinovém úsilí s rizikem výbuchu připravit směs více-méně pocuchaného a proděravěného oxidovaného G, záhadných velikostí a stupně delaminace.
I tak má na trzích cenu Au, jelito maximálně delaminováno.
Ešte vodivosť
Palo Fifunčík,2017-04-04 19:07:42
Dik p.J.H za udaje
Aj toto by mohol byť zaujímavý údaj , do kolkých mikroSiemensov sú schopní ísť ...
I obr.1 mají namalován špatně. Napříč to nepropouští ani vodu, ani He. Do nánonánoštěrbinek dokáže proniknout jen voda. Umělec před dílem propil výplatu na ex, nebo Rahul nepodal vysvětlení..
Josef Hrncirik,2017-04-04 18:48:19
Nu dobře. Na obr.1 je vše správně za katrem, jak je plánováno. Umělec hluboce otřesen "Deep Impact" netuší, že vodu a balvany je nutno oddělit a odvádět a prodávat zvlášť
Josef Hrncirik,2017-04-05 14:33:17
Re: Nu dobře. Na obr.1 je vše správně za katrem, jak je plánováno. Umělec hluboce otřesen "Deep Impact" netuší, že vodu a balvany je nutno oddělit a odvádět a prodávat zvlášť
Josef Hrncirik,2017-04-07 19:10:09
Možně chtěl umělec Rahulu varovat, že balvany buď filtrujícími cestičkami proletí, aniž by kromě tlakové ztráty k něčemu došlo, nebo se v úzkých místech zašprajcují a filtr se nevratně ucpe.
Proč však Caster neposlouchá jeho slova varovná?
Marek Dendes,2017-04-04 17:50:39
uz X rokov sa pise o zazracnom grafene a stale ziadne reslne splikacue v komercnej praxi.. z celeho grafenu uz mam velmi skepticky dojem, zda sa ze to je len laboratorny zazrak nad ktorym budu len donekonecna basnit vedci a hladat jeho nove a nove vyuzitia ake ktory v praxi nikdy vyuzitie realne nenajde..,
Zanesení nanofiltru
stanislav vyskočil,2017-04-04 17:20:54
Nikde se tu nepíše jak se bude čistit nebo obnovovat nanofiltr od materiálu který nepropustí. U auta Renault Megane mám omyvatelný filtr vzduchu do motoru ,super věc ,vydrží až do 200 000 km . U zubních souprav pro zubaře používáme filtry se spékaných Karbidů ,taky se dají omýt ,vyčistit a mají neomezenou životnost.
Grafenové nanosíto by vyřešilo kardinální celosvětový problém s vodou .Jaká ale bude cena ,zda bude obnovitelný ,ne jako textilní u auta který se musí dát nový každých cca 10 tis. km a není levný.
Re: Zanesení nanofiltru
Jakub Klos,2017-04-05 18:49:32
Mám z grafenu také poněkud rozpačité pocity díky stále se nekonanému zázraku na trhu a zejména mi zní jako Scifi slovo levná alternativa v tomto článku. Nicméně filtr se asi zanášet nebude, protože bude mít předřazený mechanický filtr nerozpuštěných látek. Látky rozpuštěné zůstanou v mořské vodě a zkrz membránu projde jen voda. Bude to nejspíš klasická osmotická filtrace a ta pracuje bez těchto potíží. Už dnes existuje na trhu mnoho různých typů osmotických membrán. Jen omezený podíl z toho jsou takové, které by filtrovaly ionty z mořské vody. Je to dáno velikostí "pórů". Např. celofán by tuto věc zastal také. Stále jsou bohužel na trhu tyto membrány nákladné, takže si je lidé z chudých zemí dost obtížně mohou pořídit. Navíc je nutná energie (tlak) na tuto filtraci a dále dopravu do míst, kde je ta voda pořeba.
Alternatíva reverznej osmózy
Palo Fifunčík,2017-04-04 17:14:32
Zaujímalo by ma , aký musí byť filtračný tlak na membránu grafénového filtra , či tak vyoký aký býva pri reverznej osmóze .
Re: Alternatíva reverznej osmózy
Josef Hrncirik,2017-04-04 18:41:39
Je to reverzní osmóza a možná to ví.
Nezávisle na metodách, energie nutná na získání 1 m3 sladké vody vyždímáním či destilací či vymražením nemůže být nižší než vynaložená osmotická práce cca 2,5 MJ/m3; tj. asi 0,7 kWh (pochopitelně jen při dokonalé vratnosti) a zanedbatelném zakoncentrování odcházející mořské vody.
Při 1 stupni tedy musí být tlakový rozdíl na membráně v rovnováze min. 2,5 MPa.
Re: Re: Alternatíva reverznej osmózy
Josef Hrncirik,2017-04-14 19:53:52
Zatím však tito grafénoví specialisté čistou vodou pouze ředí vodu mořskou, nebo melasu.
Odsolování však velmi úspěšně až bezkonkurenčně SIMULUJÍ.
O své budoucí zisky se odmítají s EU dělit a proto si založili Nacionální grafénový institut vedený nositeli Nobelových cen.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
