Un setaccio di grafene trasforma l’acqua marina in acqua potabile

Un team di ricercatori inglese ha creato un setaccio in grafene capace di sperare il sale dall’acqua del mare

Una scoperta da tanto desiderata potrebbe rivelarsi l’aiuto di milioni di persone che non hanno accesso ad acqua potabile.

Un setaccio contenente ossido di grafene potrebbe rivelarsi molto efficiente nel filtrare i Sali, e verrà prossimamente testato in comparazione ad altre membrane già esistenti.

In passato si È rivelato difficoltoso produrre filtri di grafene su scala industriale. In un report sul Nature Nanotechnology, gli scienziati dell’Università di Manchester, sotto la guida del Dr. Rahul Nair, hanno vinto parecchie sfide con l’utilizzo di un derivato chimico: l’ossido di grafene.

Isolato e descritto nel 2004 da un team dell’Università di Manchester, il grafene comprende un singolo strato di atomi di carbonio, disposti a forma esagonale. Le sue straordinarie proprietà, come una resistenza all’allungamento fuori dal comune e la conduttività elettrica, lo rendono il materiale più promettente per future applicazioni.

Si è, però, sempre rivelato difficile produrre grandi quantità di grafene con i metodi esistenti, ad esempio tramite la deposizione chimica di vapore. I metodi di produzione sono tra l’altro anche molto costosi. Ed è qui che entra in gioco il Dr. Nair: “l’ossido di grafene può essere tranquillamente prodotto tramite ossidazione in laboratorio.”

Rivela a BBC News: “Sotto forma di un inchiostro o soluzione, possiamo disporlo su un sottostrato o su altro materiale poroso. Allora sì che possiamo usarlo come membrana. In termini di scalabilità e di costi, l’ossido di grafene ha tantissimi vantaggi rispetto al grafene tradizionale.”

Parlando del grafene tradizionale aggiunge: “Per renderlo permeabile, bisognerebbe trapanare dei fori nella membrana. Se i fori sono più larghi di un nanometro, il sale potrà passare. Bisognerebbe quindi creare una membrana, e poi forarla a meno di un nanometro per renderla uno strumento desalinizzante. È fin troppo sfidante.”

Le membrane realizzate con l’ossido di grafene invece, hanno già dimostrato la loro capacità di filtrare particelle, molecole organiche e anche sali. Ma per il momento, non sono state utilizzate per filtrare i sali più comuni, che richiedono filtri ancora più fini. Dalle ricerche precedenti si è dimostrato che le membrane in ossido di grafene tendono a gonfiarsi se immerse in acqua, agevolando il passaggio del sale attraverso i pori tramite le molecole di acqua.

Ora, il Dr. Nair e i suoi colleghi hanno dimostrato che ricomprendo la membrana con resina epossidica (una sostanza utilizzata nelle lacche e nelle colle) si poteva fermare l’espansione. Con questo metodo, si può addirittura aggiustare ad hoc le proprietà della membrana, facendo passare più o meno sale, ad esempio.

Quando i sali comuni si disciolgono in acqua, le molecole d’acqua formano una sorta di guscio intorno alle molecole di sale. I capillari finissimi della membrana di ossido di grafene, possono quindi impedire al sale di poter scorrere con l’acqua. “Le molecole d’acqua possono passare, ma il cloruro di sodio no: ha sempre bisogno dell’aiuto dell’acqua. Il guscio di acqua attorno alle sue molecole lo rende più grande del foro filtrante e quindi non potrà più passare”, spiega il Dr. Nair.

Al contrario, le molecole d’acqua fluiscono velocemente attraverso la membrana, ed è ciò che la rende perfetta per la desalinizzazione. “Creando un capillare con una grandezza di un nanometro, ovvero comparabile con la grandezza di una molecola d’acqua, si osserva che queste ultime si dispongono in maniera interconnessa, come un treno che passa per un tunnel. Questo velocizza il movimento dell’acqua: se si spinge di più da un solo lato, tutte le molecole si muoveranno verso l’altra parte a causa dei legami a idrogeno. Si può arrivare a questo risultato solo se i canali sono molti stretti.”

Secondo uno studio dell’ONU, entro il 2025 il 14% della popolazione non avrà abbastanza acqua a disposizione. Saranno colpite anche le aree urbane a causa del cambiamento climatico e i paesi moderni e benestanti stanno investendo in tecnologie di desalinizzazione.

Le membrane più utilizzate al momento sono quelle in plastica.

“Questa è la dimostrazione che siamo in grado di controllare la grandezza dei pori della membrana, e che possiamo indurre la desalinizzazione: un risultato mai raggiunto prima. La prossima fase del progetto è la comparazione della nostra membrana con le attuali tecnologie disponibili sul mercato”, coì il Dr. Nair.

In un articolo di opinione, apparso dopo la pubblicazione degli studi su Nature Nanotechnology, Ram Devanathan del laboratorio nazionale di Richland (USA) è convinto che sarà necessario ulteriore lavoro di progettazione per poter produrre membrane a basso costo.

Sarebbe, inoltre, necessario condurre dei test che dimostrino l’efficacia e la durabilità della membrana. Ad esempio, il contatto prolungato con l’acqua marina fa marcire le attuali membrane, che devono essere sostituite periodicamente.

“La separazione selettiva delle molecole d’acqua dagli ioni tramite un costringimento fisico, ad esempio il passaggio tra diversi strati di differenti grandezze, è la prima parte della soluzione”, scriveva il Dr. Devantahan. “Il fine ultimo è la creazione di un dispositivo filtrante che produrrà acqua potabile dall’acqua marina o di scarico, con un bassissimo impatto energetico.”


Trad. in italiano. Articolo originale: BBC


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