3D-друковані графенові аерогелі можна використовувати для очищення води

Доступ до чистої питної води є серйозною проблемою для майже третини населення світу. Тепер нова комбінація графена, аерогелей і 3D-друку може надати рішення. Графен давно вважається ідеальним матеріалом для фільтрації води й видалення забруднень. Дослідники з Університету Буффало розробили новий метод 3D-друку, за допомогою якого можна створювати аерогелі на основі графену.

Графен - це лист вуглецевих алотропів товщиною в один атом, вирізаний з графіту. Цей факт, очевидно, робить його неймовірно легким матеріалом, але те, як ці атоми розташовані в гексагональній решітці, також надає йому вражаючу міцність на розрив. Аерогель - це високопориста тверда речовина, яка утворюється, коли рідина в гелі замінюється газом, в результаті чого структура залишається незмінною за розміром, але стає неймовірно легкою. Щоб виробляти аерогелі швидко й стабільно, дослідникам спочатку потрібно було створити чорнило на основі графену, що володіють властивостями, котрі дозволяють абсорбувати воду й запобігати агломерацію частинок. Щоб використовувати чорнило на основі графену в процесі лазерного друку, дослідники також черпали натхнення у природи. До чорнила вони додали два полімери, схожі на природні речовини - полідофамін (PDA), який нагадує виділення мідій, і бичачий сироватковий альбумін (BSA), білок, отриманий з корів.

Використовуючи модернізований 3D-принтер Ultimaker 2 GO, дослідники потім виготовили циліндричний тестовий зразок розміром 12 мм x 4 мм. Новий матеріал, що складається з пінопласту аерогеля, гратчастого графена й двох полімерів на основі біологічних матеріалів, здатний видаляти барвники, метали й органічні розчинники з питної води зі 100% ефективністю. Коли команда перевірила аерогель, вони виявили, що він може ефективно фільтрувати важкі метали, такі як свинець і хром, органічні барвники й розчинники, такі як гексан, гептан і толуол. Щоб продемонструвати здатність аерогеля до повторного використання, вчені пропустили через нього розчинники 10 раз, виявивши, що кожен раз він видаляв 100% з них, навіть при десятому проході. Дослідники також повідомили, що здатність аерогеля вловлювати метиленовий синій зменшується на 2-20% після третього циклу.
Аерогель стане чудовим рішенням, так як його легко друкувати у великих об’ємах. У воді він не залишає ніяких залишків і, більш того, аерогелі на основі графену можуть видаляти пер- і поліфторалкільние речовини, які вважаються «вічними хімікатами».