3D-печатные графеновые аэрогели можно использовать для очистки воды

Доступ к чистой питьевой воде является серьезной проблемой для почти трети населения мира. Теперь новая комбинация графена, аэрогелей и 3D-печати может предоставить решение. Графен давно считается идеальным материалом для фильтрации воды и удаления загрязнений. Исследователи из Университета Буффало разработали новый метод 3D-печати, с помощью которого можно создавать аэрогели на основе графена. 

Графен представляет собой лист углеродных аллотропов толщиной в один атом, вырезанный из графита. Этот факт, очевидно, делает его невероятно легким материалом, но то, как эти атомы расположены в гексагональной решетке, также придает ему впечатляющую прочность на разрыв. Аэрогель - это высокопористое твердое вещество, которое образуется, когда жидкость в геле заменяется газом, в результате чего структура остается неизменной по размеру, но становится невероятно легкой. Чтобы производить аэрогели быстро и стабильно, исследователям сначала нужно было создать чернила на основе графена, обладающие свойствами, позволяющими абсорбировать воду и предотвращать агломерацию частиц. Чтобы использовать чернила на основе графена в процессе лазерной печати, исследователи также черпали вдохновение у природы. К чернилам они добавили два полимера, похожие на природные вещества - полидофамин (PDA), который напоминает выделения мидий, и бычий сывороточный альбумин (BSA), белок, полученный из коров.

Используя модернизированный 3D-принтер Ultimaker 2 GO, исследователи затем изготовили цилиндрический тестовый образец размером 12 мм x 4 мм. Новый материал, состоящий из пенопластового аэрогеля, решетчатого графена и двух полимеров на основе биологических материалов, способен удалять красители, металлы и органические растворители из питьевой воды со 100% эффективностью. Когда команда проверила аэрогель, они обнаружили, что он может эффективно отфильтровывать тяжелые металлы, такие как свинец и хром, органические красители и растворители, такие как гексан, гептан и толуол. Чтобы продемонстрировать способность аэрогеля к повторному использованию, ученые пропустили через него растворители 10 раз, обнаружив, что каждый раз он удалял 100% из них, даже при десятом проходе. Исследователи также сообщили, что способность аэрогеля улавливать метиленовый синий уменьшается на 2-20% после третьего цикла.
Аэрогель станет чудесным решением, так как его легко печатать в больших размерах. В воде он не оставляет никаких остатков и, более того, аэрогели на основе графена могут удалять пер- и полифторалкильные вещества, которые считаются «вечными химикатами».