Дисбаланс спроса и предложения на чистую воду привел к глобальному кризису устойчивости.

Доклад Организации Объединенных Наций о развитии водных ресурсов в мире за 2023 год показывает, что 2-3 миллиарда человек страдают от нехватки воды.

Опреснение морской воды с помощью мембранного разделения предлагает многообещающий подход к решению этой проблемы. Однако большинство мембран ограничены низким потоком воды, поскольку качеству мембран препятствуют суровые условия и/или сложные процессы подготовки, что приводит к низкой производительности по воде и энергоэффективности. Таким образом, крайне важно разработать мембраны для опреснения с высоким потоком.

Исследовательская группа под руководством профессора. Цзэн Гаофэн из Шанхайского института перспективных исследований (SARI) Академии наук Китая в сотрудничестве с профессором. Ши Гошенг из Шанхайского университета разработал композитные мембраны graphdiyne, которые обеспечивают почти полное удаление солей и сверхвысокий поток воды при опреснении морской воды. Их результаты были опубликованы в Nature Water 4 сентября.

Исследователи изготовили графдиновые мембраны с нанопористой структурой субмикронной толщины на пористых медных полых волокнах непосредственно из мономера гексаэтинилбензола с помощью реакции перекрестного соединения Глейзера-Хэя в мягких сольвотермических условиях.

Мембраны graphdiyne показали более 99,9%-ное поглощение малых ионов морской воды и на один-три порядка более высокие потоки воды, чем коммерческие мембраны, такие как цеолитные мембраны, мембраны с металлорганическим каркасом и мембраны на основе графена. Они также продемонстрировали надежную стабильность при длительных испытаниях с гиперсоленой водой, настоящей морской водой и водами, содержащими загрязняющие вещества.

Теоретические расчеты показали, что границы раздела соленая вода/графдийн и соленая вода/пар содержат от одного до трех молекулярных слоев чистой воды без соли, что способствовало полному удалению соли на мембране graphdiyne. С помощью двухслойной модели канала graphdiyne были достигнуты сверхвысокие потоки воды, что соответствует экспериментальным наблюдениям.

Эти результаты не только обеспечивают адаптивный метод получения мембран из графдиина, но также указывают на потенциал получения других мембран, содержащих алкадиин, по аналогичной методологии, которые могут быть использованы для мембранного разделения, переноса ионов и преобразования энергии.