Grafen si už získal pověst supermateriálu. A zaslouženě. Mezi jeho nejlepší superschopnosti, které přinášejí okamžitý užitek, náleží i schopnost velmi účinně filtrovat kapaliny. Tým australských vědců nedávno vyvinul filtr, který je založený na grafenu podobném materiálu, a uskutečnil s ním velice drsný test. Použili ho k přefiltrování vody z přístavu v australském Sydney, čili v Port Jackson se slavnou operou, kterou pak vzápětí vypili.
Asi každý si dnes představí, jak vypadá voda ve velkém přístavu průmyslové země. Je to příšernost, jak by jistě potvrdili animovaní herci, kteří právě tady hledali Nema. Zdejší voda i sedimenty jsou polévkou více či méně toxických chemikálií z domácností, průmyslu i zemědělství, které ještě dochucuje ohromná spousta mikroplastu. Nicméně, nový filtr si i s takovou vodou hravě poradí.
Dong Han Seo z australské výzkumné agentury CSIRO a jeho spolupracovníci vyvinuli svůj filtr z nového materiálu, přezdívaného grafair (Graphair), který objevili rovněž vědci CSIRO. Výroba grafenu stále ještě není úplně snadná a levná.
Grafair se oproti tomu vyrábí ze sójového oleje, tedy laciného a obnovitelného zdroje. Aplikace grafairu jako filtru je přitom úplně jednoduchá. Stačí vzít tenký film z grafairu, který obsahuje síť nanokanálků, a tento film přiložit na běžný filtr na vodu. Voda z přístavu v Sydney je pitná po jediném přefiltrování takovým filtrem. A také z toho je publikace v časopise Nature Communications.
Výhoda grafairového filtru je i v tom, že funguje mnohem déle než konvenční filtry. Badatelé zjistili, že běžné filtry po 72 hodinách filtrování vody z přístavu v Sydney pracují už jenom z poloviny. Grafairové filtry ale po této době filtrovaly s neztenčenou silou. Grafairový filtr s membránou o ploše 4 centimetry čtvereční zpracuje asi 0,5 litru přístavní, tedy hodně znečištěné vody denně. Takové filtry by mohly napáchat mnoho dobrého.
Son s kolegy doufají, že již příští rok zahájí terénní testy podobných grafairových filtrů v rozvojových zemích, kde má veliké množství lidí chronické problémy s pitnou vodou. Časem by se grafairové filtry mohly prosadit v čištění odpadní vody z domácností nebo celých měst. V průmyslovém měřítku by mohly sloužit k odsolování mořské vody nebo k čištění průmyslových odpadů.
Video: Tiny membrane makes Sydney Harbour "drinkable"
Literatura
CSIRO 15. 2. 2018, Nature Communications 9: 683.
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)
Grafenové nanosíto udělá z mořské vody pitnou
Autor: Stanislav Mihulka (04.04.2017)
Diskuze:
U grafenu je možné vše
Josef Hrncirik,2018-03-04 20:58:59
Kdysi se v Osel psalo, že grafenová membrána je nepropustná i pro He. To je jasné a uvěřil jsem tomu. Píše se, že grafen je mírně hydrofobní, ale uváděné smáčecí úhly se dost liší. Dá se pochopit, že pro delaminaci a exfoliaci grafitu je nutno jej hodně povrchově naoxidovat. Píše se, že oxidace preferuje již naoxidované místa a hrany. Potom by ho lokálně naoxidovat takřka nešlo.
Z naoxidovaných několikavrstvých destiček grafitu (grafenoxidu) je možno vytvořit filtrační vrstvu. Zahřátím či chemicky se dá poněkud zredukovat. Tím klesne její hydrofilita a tloušťka hydratační vrstvy mezi destičkami. Na dostatečnou rejekci iontů to nestačí ani ve zředěných roztocích. Rejekce nemá sítový, ale elektrostatický charakter.
Tito autoři však jako jediní tvrdí, že zrna v destičkách grafenu se na hranicích překrývají o štastných cca 3 Å a pod těmito ideálními překryvy šťastně prochází jen voda, nikoliv sůl či dodecylsulfát či olej. V simulacích skutečně počítají se 3Å překryvu s mezerou mezi destičkami tloušťky 7Å. Délka překryvu a tloušťka průchodu mezi destičkami pochopitelně rozhoduje o skutečných či simulovaných průtocích či rejekcích.
Na jejich snímcích se pochopitelně nedají ani zdaleka 3Å rozlišit.
Existují však kvalitní snímky rozhraní zrn, kde není žádný překryv či velký defekt.
Hranice je tvořena střídáním deformovaných 6 úhelníků C atomů s 5 a 7 úhelníky.
Na snímcích autorů jsou za nanokanálky považovány kanálky dlouhé min. 6 um a široké cca 20-100 nm, navíc tmavší, místo světlejší prázdnoty. Zrna v grafenu snad mají 0,5-2um průměr. Najednou ale v simulaci uvažují síť kanálků vzdálených od sebe 1000 nm a bez delšího vysvětlení ve stejném obr. SF16 a,b i jen 5 nm od sebe, tj. drenážujících plochu cca 40000x menší.
Lahůdkou je absurdně nepochopitelně velký rozptyl "měření" mech. vlastností membrány v SF20 i věta v jejím závěru.
Grafenová fólie by jako hydrofobní měla přilnout k porézní 140 um tlusté nosné teflonové membráně MD, navíc přitlačována ztrátou tlaku proudění skrze grafen.
Byl jsem překvapen, že propustnost grafenu pro kapalinu či páru neměřili, ale ani v literatuře nejsou spolehlivá data. Situaci asi vystihuje článek píšící, že k potlačení hrubých defektů v grafenové fólii, je nutno jich navršit alespoň 5 na sebe, aby se vůbec počaly projevovat efekty selektivní permeace. Údaje o permeaci obvykle postrádaly ztrátu tlaku v podložce stejně jako údaje o permeabilitě, kde navíc nebyly přesvědčivě uvedeny tloušťky grafenu či grafenoxidu. Běžně se však přes ně naměřily prakticky stejné permeace He i H2 a cca 20x méně pro CO2 a 50x méně pro další.
Použité dávky oleje a dodecylsulfonátu do vody musí smočit nejen teflon, ale i grafen a funkci MD zastavit. Navíc v silně zasolených roztocích dodecylsulfonát smáčí lépe.
Běžnou mořskou vodu lze běžně zpitnit reverzní osmózou s vynaloženám 1,5 - 2,5 kWh/m3 pitné vody, tj. zaručeně 350x menším množstvím energie než při MD.
V soutěži peer reviewers Nature a Science se tak Nature dostalo jasně do vedení obdržením úplatku 13 l vyjetého sojového fritovacího oleje, vzhledem k možnému dopadu tohoto humanitárního gesta, pokud by si z něj raději nepřipravili 110 ha superpropustné grafenové fólie.
Grafenové pole je od podobných simulantů experimentů a výpočtů rozryté jak od divokých sviní
Josef Hrncirik,2018-03-02 07:36:02
Kdo se bojí, síří se s přípravou grafenu v síni (vakuových aparaturách; definovaným přítokem plynu karbonizované látky (metan, alkoholová pára; ... v redukčním prostředí směsi inertu s vodíkem; s dobře definovanými teplotami, dobami a koncentracemi a tvorbou grafenu na dobře definovaných vyleštěných krystalografických rovinách) a membránu (filtrační) charakterizuje průtoky mnoha plynů a kapalin či roztoků.
Kdo se nebojí, naseje do trubice se vzduchem 0,155 g vyjetého fritovacího sojového oleje, nějak to zahřeje na 800°C a na záhadné, nesledované polykrystalické Ni fólii snadno připraví mono či dvojvrstvu grafenu. Pokud chce připravit multivrstvy , po(u)žije 0,17 g oleje.
Z 0,15 g oleje lze teoreticky připravit až 132 m2 monovrstvy grafenu. No dobře. Něco jim shoří, něco se vyloučí jinde než na 9 cm2 Ni fólie a při dalším ohřevu jinak aktivuje rozklad. Nepíší, že to pravidelně ždíří. Ani objem vzduchu neuvedli a naseli to do přírody (Nature). Olej by jim shořel na CO + H2O již s 0,9 l vzduchu. Z AFM měření se ukazuje, že spíše membrány měly tloušťku 1,4 nm (fig.4b) tj. 4 vrstvy s velmi širokou distribucí až do 11 vrstev.
Funkce hydrofobních nanoporézních membrán z teflonu či PVDF či PP které díky hydrofobicitě nepropustí destilovanou kapalinu, ale jen páru je ohrožena přídavky oleje smáčejícího membránu a ucpávajícího póry či přídavkem tenzidů umožňujících smočení membrán
Josef Hrncirik,2018-03-02 09:09:06
Proto vyselektovaní sabotéři přidali do destilující se vody 1% oleje (v hrubé emulzi) a 0,3 g/l tenzidu (dodecylsulfonátu). Očekávaný účinek diverze se skutečně pomalu dostavil. Propustnost membrány pro destilaci pomalu zákeřně klesala ucpáním pórů olejem a naopak snížením povrchového napětí roztoku soli roztok procházel některými velkými póry do destilátu; odsolovací účinnost poklesla. Proti těmto nežádoucím effectům pak mafie nabízí ochranu nebohé, NUTNÉ hydrofobní mikroporézní membrány jejich ekologickou pozoruhodnou prý velmi propustnou a hydrofilnější (nesledováno, neměřeno) grafairovou membránou, kdy potom je ztráta propustnosti pozvolnější. V realitě lze olej odstředit či zachytit na filtru a tenzid nebude v tak velké koncentraci (lze ev. vysrářet) nebo vše jednoduše destilovat bez jakýchkoliv membrán či předupravit vymražením. Není též důvod připravovat pitnou vodu z takových emulzí a navíc roztoků tenzidu. Aby mohli svou ochranu prodávat i v Izraeli pro vody Mrtvého Moře, destilovali úspěšně i vody 70-120 g soli/litr; mořská má jen 35 g/l. Olej a saponát jim tam nalijí zdarma. Mám dojem, že zaručují litrem oleje pokažení nejméně milionu litrů pitné vody. To je zhruba vše k jejich destilačním "filtračním" sabotážím a ochranám.
Tisková omluva
Josef Hrncirik,2018-02-28 09:22:33
DC(direct contact)MD(membrane destilation) je jenom tisíckrát energeticky náročnější než RO(reverzní osmóza) mořské vody. Srabové obvykle pro jistotu pokusně odsolují jen 10x zředěnější roztoky, které mají osmotický tlak desetkrát menší a tam je skutečně DCMD desettisíckrát méně energeticky účinná než RO.
Osmotický tlak mořské vody oproti pitné je cca 2,7 MPa; nikoliv jen 2,7 bar.
Nikdo (Nemo) se neozval. Zdá se, že tomu rozumí jen Nemo a trochu zpití klauni očkatí.
13 vyselektovaných multikulturních zločinců navrhuje místo reverzní osmozy s teoretickou spotřebou energie jem 270 J/pitné vody, použít molekulární destilaci se spotřebou energie min 9300x větší.
Josef Hrncirik,2018-02-22 10:02:46
Ani v abstraktu se nezmiňují, že grafenová membrána je jen jejich ochrana běžně používané teflonové mikro (nano) porézní membrány tlusté 140 um, bez které se nedá jejich Grafair použít, protože by se okamžitě protrhl.¨
Za ochranu si účtují 0,12 dolaru/cm2.
Z toho za ohřev 9 cm2 grafenu při 800°C po dobu 30 minut si účtují 0,33 dolaru.
Viz supplments s.26.
Corpus delicti na obr.1 je mikroporézní teflonová fólie nutná a postačující a na ni byla položena zbytečná gr Affairová prý propustná fólie.
Josef Hrncirik,2018-02-22 12:28:48
Celé to bylo šejdrem uchyceno v aparatuře a tmavší skvrna jsou možná saze padající z Opery do Oceánu. Má to klamavě budit dojem filtrace kapaliny. 60°C horká voda proudí křížem (tečně) kolem grafenu na teflonu. Membránami prochází pouze vodní pára.
Relativně chladnou páru musím kondenzovat proudem dobře vychlazeného kondenzátu také cirkulujícího celou. Mimo vypařování tam dochází i k nežádoucímu tepelnému zkratu mezi blízkou teplou a studenou stranou v cele.
Těžko hledám výhody tohoto též vakuového provedení proti vakuové destilaci v mnohastupňovém provedení šetřícím energii opakovaným využitím kondenzačního tepla a nepotřebujícím ani teflonovou a už vůbec ne grafenovou membránu.
V jednostupňovém provedení lze lépe zužitkovat odpadní kondenzační teplo kompresí par.
Oněch vykřičených 0,33 dolaru si gang účtuje pouze za spotřebu el. proudu při výrobě 9 cm2 graf Affair (30 min. ohřevu při 800°C).
270 J/litr pitné vody (z mořské křížově vracené do Oceánu) je teor. min. pro reverzní osmózu mořské vody bez jejího podstatného zahuštění.
Jednorázové vypaření při molekulární destilaci svou energetickou náročností a nízkou účinností nemá daleko k brutální elektrolýze a "filtraci vody" spálením takto vyrobeného vodíku (ev. s využitím článků či spalovacího motoru a pitím vody z dobře vychlazených výfuků těchto).
Potom budou slavně ukazovat sněhobílou teflonovou fólii zašpiněnou jen gr affairem.
Napríklad
Palo Fifunčík,2018-02-21 08:26:06
reverzná osmóza sa v medicíne /samozrejme okrem iných možností využitia/ používa na prípravu dialyzačného roztoku pre pacientov ktorí trpia na pokročilú formu renálneho zlyhania / urémia /.
destilovana?
Jakub Fiala,2018-02-21 07:46:47
Jestli jsem to správně pochopil tak vznikne "destilovaná" voda.
Bez bakterii, minerálů a organických látek? Pak ovšem bude nutné soli dodat zpět.
Rychlost (0.5 l/cm2/24 h) je taky asi vhodná spíše pro osobní a nikoliv průmyslové nasazení.
Re: destilovana?
Alexandr Kostka,2018-02-22 11:34:13
Bakterie a obecně organické látky v pitné vodě nemají co dělat. A na většinu míst bude asi "trochu" snadnější dovézt jednou ročně pytlík minerálů, než co týden cisternu vody.
A ta rychlost není zas tak malá, plochou 1m2 by za den prošlo asi 5000 litrů. Pokud ten filtr vydrží delší dobu a výroba není extra drahá, není problém jich do rámů nasázet hodně velkou plochu.
Okamžitě poté, co se jim rozpustili metalorganičtí kostlivci pro filtraci, odsolování a těžbu Li; vyšlechtění trestanci hbitě přešli na navrženou alternativní technologii Popelčinu - MMDBVTC (molekulární membránovou destilaci s termokompresí brýdových par
Josef Hrncirik,2018-02-21 07:41:31
(zabuffrováno pro pravděpodobný případ krátké paměti)
Okamžitě poté, co se jim rozpustili metalorganičtí kostlivci pro filtraci, odsolování a těžbu Li; vyšlechtění trestanci hbitě přešli na navrženou alternativní technologii Popelčinu - MMDBVTC (molekulární membránovou destilaci s termokompresí brýdových par).
Nutnost použití přetlaku min. 2,8 bar pro reverzní osmozu mořské vody tak elegantně obešli její vakuovou destilací.
Pálenkou připravenou destilací mořské stoky se zpili do němoty
Josef Hrncirik,2018-02-21 08:25:30
Pálenkou připravenou destilací mořské stoky před Operou a zdarma rozlévanou v celém přístavu ohromné megapolis se novinářská stoka zpila do němoty a popadala do duhovými barvami hrajících vln před Operou. Plavajúce hore kohútikom (znakom) novinářští clowni vypadali jako klauni očkatí. Po vylovení, vyždímání a vysušení nadšeně psali, jak si každý může nasadit Grafairový filtr na kohútik a napít se do němoty.
Nestihli ani napsat DOI na "střízlivý" odkaz 10.1038/s4167-018-02871-3
Re: Pálenkou připravenou destilací mořské stoky se zpili do němoty
Jiri Cerny,2018-02-21 15:59:25
Ackoli jsem se parkrat kvuli "literature" ozyval, tentokrat se musim autora zastat. Format uvedeneho odkazu na clanek v Nat Com je sice dnes uz trochu retro, ale je uplny a dostatecny k nalezeni clanku, narozdil od spatne opsaneho doi v "komentari". Pro uplnost spravne je to 10.1038/s41467-018-02871-3.
Re: Re: Pálenkou připravenou destilací mořské stoky se zpili do němoty
Josef Hrncirik,2018-02-21 18:43:01
Autorovi určitě nenadávám kvůli textu. Jak to koupil, tak to prodává.
Do odkazu z Osla jsem určitě lezl alespoň 2x přes ctrlC ctrlV. Netvrdím, že to umím, nebo že nad tím přemýšlím.
Nakonec jsem googloval autora a CSIRO. Původní odkaz buď nešel na článek nebo to chtělo buy či registraci. Prostě jsem měl pocit, že provádím cca 6 napínavých operací místo 1.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
