Keselamatan air adalah salah satu cabaran utama masyarakat hari ini, dan atas sebab ini, adalah perlu untuk membangunkan teknologi penulenan air yang cekap dan menjimatkan tenaga.
Penapisan Nano (NF) ialah teknologi membran terdorong tekanan baharu yang menyingkirkan ion multivalen dan bahan organik molekul kecil dengan penggunaan tenaga yang rendah dan digunakan secara meluas dalam pengeluaran air minuman, air perbandaran dan rawatan air sisa industri.
Membran penapisan nano poliamida telah menjadi produk utama dalam pasaran sejak akhir 1970-an. Struktur komposit filem nipis mereka terdiri daripada sokongan berliang dan lapisan poliamida dua dimensi (2D), yang mempunyai selektiviti resapan yang sangat baik. Walau bagaimanapun, walaupun terdapat kemajuan tertentu melalui penambahbaikan dalam reka bentuk monomer, nanokomposit dan proses pembuatan, kebolehtelapan air membran poliamida masih agak rendah, mengehadkan aplikasi industrinya yang lebih luas.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, reka bentuk baharu seperti struktur Turing berskala nano dan permukaan berkedut telah meluaskan kawasan penapisan, tetapi pada asasnya ia merupakan evolusi membran 2D. Pada masa hadapan, adalah perlu untuk membangunkan struktur baharu yang mengganggu untuk meningkatkan lagi prestasi pengasingan, sambil memahami secara mendalam hubungan antara pemprosesan dan struktur untuk menyediakan penyelesaian inovatif dalam bidang penulenan air.
Di sini, Wu Chunrui, seorang penyelidik di Universiti Politeknik Tianjin, melaporkan penyediaan membran poliamida bercampur-dimensi kawasan besar dengan pemasangan sendiri pesat dua molekul kecil pada antara muka minyak-air pada suhu bilik.
Membran mempunyai struktur hierarki unik yang terdiri daripada tiub nano satu dimensi yang ditanam pada permukaan nanomembran dua dimensi. Struktur inovatif ini meningkatkan dengan ketara kawasan pengangkutan air yang berkesan bagi setiap unit kawasan yang diunjurkan, menjadikan prestasi pemisahan air-garam membran jauh lebih baik daripada bahan membran paling canggih yang ada pada masa ini.
Melalui eksperimen kawalan yang digabungkan dengan simulasi dinamik molekul, penulis mendapati bahawa kedua-dua molekul monomer secara spontan disusun menjadi rangkaian nanopori dua dimensi pada permulaan tindak balas, dan pertumbuhan nanotube ke atas didorong oleh tindakan kapilari dalam nanopores.
Rajah: Gambarajah skematik membran poliamida berdimensi campuran dengan struktur NoN, berbanding bersebelahan dengan membran poliamida dua dimensi satah
Kajian ini memberikan pandangan yang berharga tentang cara interaksi fizikal dan kimia antara muka menyusun sendiri molekul ke dalam struktur nano hierarki kompleks berskala besar di bawah keadaan ambien, dan membuka laluan baharu untuk pembangunan membran penulenan air berdimensi campuran berskala. Keputusan yang berkaitan telah diterbitkan dalam Nature Water di bawah tajuk Interfacial self-organization of the large-luas mixed-dimensi poliamida membran untuk penapisan nano akueus pantas, dengan Si-Hua Liu sebagai pengarang pertama.
Ringkasan: Di sini, kami berjaya menggunakan pendekatan polikondensasi antara muka untuk mencapai fabrikasi berskala besar membran poliamida berdimensi campuran dalam satu langkah. Seni bina NoN yang unik membuka jalan untuk membran NF cekap tenaga yang mempamerkan kebolehtelapan air yang unggul dan selektiviti garam air. Proses fabrikasi ini boleh ditingkatkan dengan mudah menggunakan salutan roll-to-roll dan mempunyai aplikasi praktikal yang menjanjikan dalam pengeluaran air minuman serta rawatan air sisa perbandaran dan industri. Wawasan teori yang diperoleh daripada kerja ini mendedahkan kerumitan polikondensasi antara muka, terutamanya dalam mengeksploitasi interaksi antara interaksi fizikal dan kimia antara muka. Penulis percaya bahawa penemuan ini memberikan inspirasi untuk pembangunan teknologi nanofabrikasi termaju untuk keselamatan air.
