تولید آب شرب از گرافن و نور خورشید!

zoomit.ir - ‫کاوه جهان آرای‬‎: مهندسان در دانشگاه واشنگتن صفحات زیست فومی بر پایه‌ی گرافن توسعه داده‌اند که می‌توان با قرار دادن آن در آب شور یا آلوده‌ی سدها یا آبگیرها و تنها به کمک انرژی به دست آمده از نور خورشید آب سالم قابل نوشیدن تولید کرد.

فناوری جدید توسعه داده شده برای خالص سازی آب روشی آسان و ساده است که می‌توان به کمک آن به روشی ساده و کم هزینه اب آشامیدنی کشورهای توسعه نیافته و دارای آب‌های آلوده را تامین کرد. این فیلم زیستی از ساختاری دو لایه برخوردار است که در حقیقت از نانوسلولز تولید شده به وسیله‌ی باکتری‌ها ساخته شده‌اند. لایه‌ی پایینی این ساختار از سلولز خالص ساخته شده است در حالی که لایه‌ی بالایی این ساختار دارای اکسید گرافن است. این لایه که رنگ سیاه نیز دارد با جذب نور خورشید گرما تولید می‌کند. سازوکار عملکرد دستگاه بسیار ساده است، با جذب نور خورشید آب تبخیر می‌شود و با رسیدن به لایه‌ی بالایی که دارای ذرات اکسید گرافن است آب تبخیر شده و سپس در سطح بالایی میعان شده و برای نوشیدن در محل مشخصی جمع آوری می‌شود. با توجه به اینکه عمل تبخیر هیچ گونه آلودگی یا نمکی را با خود حمل نخواهد کرد، آب جمع آوری شده قابل نوشیدن بوده و آلودگی به همراه نخواهد داشت.

این ساز و کار ساده و البته زیبا، به لطف لایه‌های ساخته شده از الیاف نانوسلولزی تولید شده به وسیله‌ی باکتری‌ها امکان پذیر شده است چرا که ساختار این لایه‌ها قادرند به خوبی آب را از درون خود عبور دهند در حالی که گرمای لایه‌ی بالایی که مسئول تبخیر آب است نیز حفظ شود. نکته‌ی جذاب و دوست داشتنی این ساختار این است که کل آن در یک مرحله ساخته می‌شود.

اگرچه تاکنون برای چنین کاربردی از گرافن بهره گرفته نشده بود و خود این یک نوآوری به شمار می‌آید ولی پژوهشگرانی که به این فناوری دست یافته‌اند بیشترین نوآوری آن را در فرایند ساخت آن می‌دانند. مشابه فرایندی که درون یک صدف برای ساخته شدن یک مروارید صورت می‌گیرد، این ساختار نیز از روشی مشابه با پوشاندن لایه لایه شکل می‌گیرد. در حقیقت لایه‌ای نازک از ماده‌ای به خصوص به شکلی مداوم با مایعی پوشانده می‌شود که در آن باکتری‌ها به طور پیوسته با تغذیه از مواد مغذی موجود در محل آن لایه را به لایه‌ای سخت از جنس نانوسلولز تبدیل می‌کنند.

در طی این فرایند و با رسیدن به سطح لازم صفحات اکسید گرافن به درون بستر افزوده می‌شوند تا طی فرایند تولید نانوسلولز توسط باکتری‌ها این صفحات لابه لای سلولز تولید شده قرار بگیرند. پس از مدت مشخصی این صفحه به ضخامت معینی می‌رسد و پس از آن با تغییر دادن مایع بستر ساخت صفحه‌ی تازه‌ای از جنس نانوسلولز خالص آغاز می‌شود. با توجه به اینکه سطح تماس این دو لایه به شکلی عالی و کاملا یکنوخات ساخته شده است، مقاومت آن بسیار عالی و از نظر مکانیکی کاملا مستحکم است.

همچنین به گفته‌ی این پژوهشگران لایه‌ی ساخته شده به این روش، بسیار سبک و البته ارزان است و می‌توان این صفحات را به تعداد بسیار انبوه تولید کرد. ویژگی بسیار مثبت دیگری که این سامانه دارد عدم نیاز به پمپ یا لوله کشی‌های زیاد یا حتی انرژی خارجی برای تولید آب است چرا که تنها می‌توان با قرار دادن آن درون آب به تولید آب پاکیزه و تصفیه شده پرداخت. در حقیقت این روش به حدی ساده و مواد مصرفی آن نیز به حدی ارزان است که می‌توان تا چندین تن از این زیست فوم‌ها را به شکلی انبوه و با حداقل هزینه لازم ساخت.

این فرایند ساخت همچنین قابلیت به کار گیری برای ساخت زیست فوم‌هایی با قابلیت قرار دادن دیگر ساختار‌های نانویی برای از بین بردن باکتری‌های آب جهت تولید آب آشامیدنی سالم از هر منبع آلوده‌ای را نیز داراست. این گروه امیدوارند بتوانند از این محصول در مناطقی همچون هند که دسترسی به آب آشامیدنی سالم هنوز هم با دشواری بسیاری مواجه است و تنها منبع انرژی در دسترس انرژی خورشیدی است بهره ببرند. نتایج این پژوهش در نشریه‌ی علمی Advanced Materials به چاپ رسیده است.