Открыт новый суперметод фильтрации и опреснения воды

Многопрофильная группа инженеров и ученых открыла новый метод фильтрации воды, который может иметь последствия для различных технологий, таких как опреснительные установки, дышащие и защитные ткани, а также улавливание углерода при разделении газов, сообщает phys.org. Исследовательская группа, возглавляемая Манишем Кумаром из Инженерной школы Кокрелла при Техасском университете в Остине, опубликовала свои выводы в последнем выпуске Nature Nanotechnology.

Исследование, в котором приняли участие ученые из нескольких университетов началось как попытка разработать искусственные каналы для транспортировки воды через мембраны и опиралось на способы транспортировки воды в человеческом теле. Цель состояла в том, чтобы имитировать мембранные белки — аквапорины, которые служат водными каналами в клетках. Они образуют поры в мембранах клеток в различных частях тела — глаза, почки, легкие — там, где вода наиболее востребована, и обеспечивают ее эффективную транспортировку.

Ученые не смогли воспроизвести систему аквапорина точно так, как планировалось. Вместо этого они обнаружили еще более эффективный процесс фильтрации воды. В отличие от индивидуальных аквапориновых клеток организма, которые эффективно функционируют независимо друг от друга, мембраны, разработанные исследовательской группой Кумара, не работали в одиночку.

Но, когда он объединил несколько из них для создания сетей «водяных проводов», они были очень эффективны при транспортировке воды и фильтрации. Получились своего рода «водяные провода, обеспечивающие исключительно быстрое движение плотно соединенных цепочек молекул воды.

«Мы пытались скопировать уже сложный процесс водного транспорта, используемый аквапоринами, и наткнулись на совершенно новый и даже лучший метод», — сказал Кумар, адъюнкт-профессор кафедры гражданского, архитектурного и экологического проектирования школы Кокрелла. — Это было совершенно случайно. Мы понятия не имели, что это произойдет".

Эти сети искусственных мембран могут оказаться полезными для отделения соли от воды, что в настоящее время достигается весьма дорогостоящим и малоэффективным процессом фильтрации. Новая мембрана продемонстрировала впечатляющие опреснительные свойства, демонстрируя гораздо более селективное удаление соли и предположительно других загрязняющих веществ по сравнению с существующими процессами.

«Наш метод в тысячу раз эффективнее современных процессов опреснения с точки зрения его селективности и проницаемости», — сказал Кумар. «На каждые 10 000 молекул соленой воды, которые проходят через текущие системы опреснения, одна молекула соли может не отфильтровываться. С нашей новой мембранной технологией одна молекула соли на каждые 10 миллионов молекул воды не будет отфильтрована, сохраняя скорость переноса воды, сравнимую или лучшую, чем нынешние мембраны».

«Трудно даже эффективно имитировать сложности того, как работает человеческий организм, особенно на молекулярном уровне», — сказал он. Однако на этот раз природа стала отправной точкой для еще более великого открытия, чем мы могли когда-либо надеяться".