Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Prevratný výskum odhalil mimoriadny jav, pri ktorom sa voda môže priamo zapájať do elektrónov grafénu, pozoruhodnej mriežky atómov uhlíka usporiadaných do voštinovej štruktúry. Tento podmanivý objav kvantového trenia vyskytujúceho sa medzi vodou a grafénom odhaľuje oblasť vzrušujúcich príležitostí pre oblasti nanofiltrácie a katalýzy a zároveň sľubuje boj proti klimatickým zmenám a budovanie udržateľnej budúcnosti.

Táto technológia je zameraná na riešenie problémov súvisiacich s vodným správaním v blízkosti uhlíkových povrchov, ktoré vedcov za posledné dve desaťročia mätú. Konvenčné teórie prúdenia nedokážu vysvetliť neočakávane rýchle prúdenie vody alebo vytváranie jedinečných usporiadaní, ako je štvorcový ľad, v blízkosti týchto povrchov. Odhalením kvantového trenia medzi vodou a grafénom sa výskumníci snažia pochopiť tento nezvyčajný fenomén dynamiky tekutín a využiť ho na riešenie skutočných problémov.

Jedna z primárnych prekážok využitia potenciálu kvantového trenia voda – grafén spočíva v získaní presnej kontroly nad interakciou medzi vodou a elektrónmi. Zložitá povaha tejto interakcie si vyžaduje ďalší výskum a technologický pokrok na efektívnu manipuláciu. Okrem toho, rozšírenie aplikácie tejto technológie na praktické účely môže vyžadovať prekonanie inžinierskych a výrobných výziev.

Vďaka stupňujúcemu sa dopytu po úprave a čistení vody v rôznych odvetviach bola veľkosť trhu pre technológie nanofiltrácie už značná. Od predpokladanej trhovej hodnoty na rok 2028, ktorá sa odhaduje na 1070,91 milióna USD, sektor vykazoval sľubný rast. Nedávny objav kvantového trenia voda – grafén má však potenciál spôsobiť revolúciu v procesoch nanofiltrácie a zosilniť expanziu trhu. Tento prielom otvára cestu pre lepšiu kontrolu nad permeačnými vlastnosťami v nanoporéznych membránach, čím sa vytvárajú nové príležitosti a pokroky v oblasti filtrácie vody.

Medzinárodný tím výskumníkov z Inštitútu Maxa Plancka pre výskum polymérov, Katalánskeho inštitútu nanovied a nanotechnológií a Univerzity v Manchestri uskutočnil experimenty na skúmanie interakcie medzi vodou a grafénom. Klaas-Jan Tielrooij z ICN2 (Španielsko) a TU Eindhoven (Holandsko) povedal:

„Je fascinujúce vidieť, že nosná dynamika grafénu nás neustále prekvapuje neočakávanými mechanizmami, tentoraz zahŕňajúcimi interakcie tuhá látka-kvapalina s molekulami, ktoré nie sú iné ako všadeprítomná voda.“

Dr. Nikita Kavokine, hlavný autor štúdie, zdieľal ambicióznu víziu do budúcnosti: „Naším snom je zapnúť a vypnúť kvantové trenie na požiadanie. Týmto spôsobom by sme mohli navrhnúť inteligentnejšie procesy filtrácie vody alebo dokonca počítače založené na tekutinách.“

Objav kvantového trenia voda – grafén má potenciál ovplyvniť každodenný život zlepšením procesov filtrácie vody a zlepšením katalytických reakcií. Pokročilé nanofiltračné membrány využívajúce túto technológiu by mohli poskytnúť čistejšiu vodu selektívnym filtrovaním kontaminantov a efektívnejším odsoľovaním morskej vody. Okrem toho by tento pokrok mohol viesť k efektívnejšej elektrokatalýze a fotokatalýze na rozhraní tuhá látka-kvapalina, čo by uľahčilo udržateľnú výrobu energie a nápravu životného prostredia.

Technológia kvantového trenia voda – grafén je prísľubom znižovania vplyvov na životné prostredie a boja proti zmene klímy. Umožnením efektívnejšej filtrácie a odsoľovania vody môže prispieť k zachovaniu zdrojov sladkej vody a zmierneniu nedostatku vody. Zlepšené katalytické procesy môžu navyše pomôcť pri vývoji ekologickejších priemyselných procesov a znižovaní spotreby energie, čo vedie k udržateľnejšej a ekologickejšej budúcnosti.

Nasledujúcich 5-10 rokov bude svedkom rýchleho pokroku v chápaní a využívaní tohto fenoménu, čo povedie k vývoju vysoko účinných filtračných systémov a katalytických procesov. Trh s nanofiltračnými technológiami je pripravený na výrazný rast, poháňaný potenciálom kvantového trenia voda – grafén spôsobiť revolúciu v úprave vody v rôznych odvetviach. Táto technológia nám umožní riešiť problémy s vodou, zvýšiť produkciu energie a podporiť čistejšie a udržateľnejšie životné prostredie.

Zdroj: https://nano-magazine.com/news/2023/6/27/the-key-to-smarter-filtration-and-sustainable-energy