در مطالعه جدیدی، دو دانشمند مواد از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با شبیه‌سازی نشان دادند که گرافن نانومتخلخل می‌تواند نمک را از آب با دبی‌ای که حدود چند صد برابر سریع‌تر از دبی بهترین فناوری نمک‌زدایی تجاری امروزی (اسمز معکوس) است، فیلتر کند.
بهترین روش نمک‌زدایی تجاری با گرافن نانومتخلخل
در مطالعه جدیدی، دو دانشمند مواد از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با شبیه‌سازی نشان دادند که گرافن نانومتخلخل می‌تواند نمک را از آب با دبی که حدود چند صد برابر سریع‌تر از دبی بهترین فناوری نمک‌زدایی تجاری امروزی (اسمز معکوس(RO)) است، فیلتر کند.
این محققان؛ پیش‌بینی می‌کنند که قابلیت نفوذ آب عالی گرافن می‌تواند منجر به روش‌های نمک‌زدایی شود که در مقایسه با فناوری RO انرژی کمتر و مدول کوچک‌تری نیاز دارند. این برای اولین بار است که دانشمندان توان بالقوه گرافن نانومتخلخل را بعنوان یک فیلتر برای نمک‌زدایی آب بررسی می‌کنند.
گرافن تک‌لایه، غشاء بی‌نهایت نازکی است و از آنجائیکه شار آب در عرض غشاء با ضخامت آن رابطه عکس دارد، این یک مزیت است. دیوید کوهن تانوجی و جفری گراسمن با استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی کلاسیک، قابلیت نفوذ آب گرافن نانومتخلخل با شیمی و قطرهای مختلف حفره (یک و نیم تا ششصد و دوآنگسترم)، را بررسی کردند.
حفره‌های گرافن هیدروکسیل‌شده (بالا راست ) و هیدروژنه شده (بالا چپ). دید از کنار گرافن نانومتخلخل شبیه‌سازی‌شده که یون‌های نمک را فیلتر کرده و آب قابل استفاده تولید می‌کند.
همچنانکه آزمایش‌های قبلی نشان داده‌اند، بوسیله‌ی روش‌های متنوعی از قبیل حفاری پرتوی یون هلیوم و حکاکی شیمیایی، می‌توان در گرافن نانوحفره‌هایی ایجاد کرد. این دانشمندان در شبیه‌سازی‌شان، بوسیله خنثی کردن اتم‌های کربن در گوشه‌های حفره‌ها با پیونددادن آنها با اتم‌های هیدروژن یا گروه‌های هیدروکسیل نانوحفره‌ها را تثبیت کردند.
این دانشمندان در شبیه‌سازی‌های خود این دو گروه عاملی و همچنین اندازه‌های مختلف حفره‌ها را بررسی کردند. آنها فرض کردند که خوراک این غشاء‌ها آب نمکی با غلظت ۷۲ گرم بر لیتر (حدود دو برابر متوسط غلظت آب دریا) است. این محققان متوجه شدند که اگرچه بزرگ‌ترین حفره‌ها می‌توانند آب را با بیشترین دبی فیلتر کنند، اما نانوحفره‌های بزرگ به بعضی از یون‌های نمک اجازه می‌دهند که عبور کنند. این شبیه‌سازی‌ها گستره‌ی مناسبی از قطرهای نانوحفره‌ها را مشخص کردند که در آن گستره، نانوحفره‌ها برای عبور مولکول‌های آب به اندازه کافی بزرگ هستند و برای ممانعت از عبور یون‌های نمک به اندازه کافی کوچک هستند.
این شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان دادند که گرافن هیدروکسیل‌شده قابلیت نفوذ آب را به شدت تقویت می‌کند و این دانشمندان آن را به طبیعت آب‌دوستی گروه‌های هیدروکسیل نسبت می‌دهند. در مقابل، از آنجائیکه حفره‌های هیدروژنه‌شده آب‌گریز هستند، برای تعداد محدودی از پیکربندی‌های بسیار منظم، اجازه عبور مولکول‌های آب را می‌دهند.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.
