برای حفظ حیات روی زمین، باید روش‌های تصفیه کارآمدی وجود داشته باشد که بتواند ناخالصی‌ها را از آب و هوا جدا کند. بنابراین، برای مدت طولانی از مواد کربنی برای بوی‌زدایی، جداسازی و حذف آلودگی‌های آنیونی ناایمن استفاده می‌شد.
ساز و کار تصفیه آب با کمک نانولوله‌های کربنی بررسی شد
لایه جاذب اسیدی به دلیل محصور کردن قوی و برهمکنش قوی بین لایه و آنیون، نانو محصور شدن ناخالصی‌های آنیون نیترات را در نانولوله‌های کربنی تک‌جداره (SWCNT) افزایش می‌دهد. هنگامی‌که یون‌های نیترات جذب می‌شوند، یون‌های هیدروکسید از نانوفضا واجذب می‌شوند. بنابراین، محلول آبی خواص قلیایی نشان می‌دهد. تاکنون، مکانیسم کاملی که کربن چگونه آب را تصفیه می‌کند به صورت راز باقی‌مانده است.
برای رمزگشایی از این راز، دانشمندان با هدایت دکتر تاکاهیرو اوهکوبو، دانشیار گروه شیمی، دانشکده علوم و فناوری طبیعی، دانشگاه اوکایاما، ژاپن، مکانیسم اصلی را که توسط آن نانوحفره‌های کربنی آنیون‌ها را جذب می‌کنند، بررسی کردند.
آن‌ها به نحوه استفاده از ابزارهای طیف‌سنجی رامان برای تجزیه و تحلیل جذب یون‌های نیترات توسط منافذ استوانه‌ای نانولوله‌های کربنی تک‌جداره (SWCNT) اشاره کردند.
دکتر اوهکوبو و همکارانش با موفقیت مکانیسم ایجاد لایه اسیدی در نزدیکی دیواره‌های منافذ را رمزگشایی کردند. مشخض شد، وقتی یک محلول آبی شامل یون‌ها وارد ماده کربنی می‌شود، حتی اگر محلول آبی خنثی باشد، یک لایه آبی اسیدی متشکل از پروتون‌ها ایجاد می‌شود که حالت پایداری را حفظ می‌کند.
دکتر تاکاهیرو اوکوبو، دانشیار گروه شیمی، دانشکده علوم و فناوری طبیعی، دانشگاه اوکایاما می‌گوید: «تا به امروز، هیچ گزارشی مبنی بر وجود لایه‌های جذب اسیدی تشکیل شده در نانولوله‌های کربنی وجود نداشته است.»
دکتر نوبویوکی تاکیاسو، بخشی از تیم تحقیقاتی و دانشیار دانشگاه اوکایاما، کشف کرد که این لایه اسیدی باعث جذب عالی آلودگی‌های آنیون نیترات با بار منفی می‌شود، جایی که مقدار جذب شده یون‌های نیترات بسیار بیشتر از کاتیون‌ها یا گروه‌های دارای بار مثبت است.
علاوه بر این، یون‌های هیدروکسید به‌عنوان یون‌های مخالف تولید می‌شوند. آنیون‌های موجود در محلول حجیم با یون‌های هیدروکسید موجود در SWCNT مبادله می‌شوند و محلول آبی را قلیایی می‌کنند.
محققان جذب آنیون را با استفاده از نیترات‌های فلزی قلیایی متعددی از جمله نیترات روبیدیم، نیترات لیتیوم، نیترات سدیم و محلول‌های نیترات سزیم تجزیه و تحلیل کردند. آن‌ها دریافتند که در مقایسه با یون‌های فلزی، یون‌های نیترات بیشتری جذب می شوند. مقدار جذب پروتون صرف نظر از نوع یون فلز قلیایی استفاده شده تقریباً یکسان بود.
این اکتشافات گام‌های مهمی در جهت مهندسی و توسعه نانولوله‌های کربنی ایده‌آل برای جذب یون و ضد آلودگی هوا و آب هستند. مکانیسم تصفیه فرموله‌شده در این مطالعه یک مدل منحصربه‌فرد است که قلیایی بودن محیط محلول آبی را روشن می‌کند، که تاکنون یک راز بوده است.
