Opgegroeid in China in de jaren 80, Baoxia Mi erkende dat water niet iets vanzelfsprekends was.

"Toen mijn ouders jong waren, er waren veel rivieren en kleine meren in de omgeving. Maar toen ik een kind was, de meeste kleine meren waren droog, " zei de professor civiele en milieutechniek tijdens een recente pauze in Davis Hall, waar ze haar nieuwe lab aan het opzetten is. "Ik had wel het gevoel dat de omgeving in de loop van de tijd steeds slechter werd naarmate ik opgroeide."

Die ervaring wekte Mi's interesse in water en het milieu - een reis die haar van het kleine stadje Zhengding in de noordoostelijke provincie Hebei naar - meest recentelijk - de campus van Berkeley heeft geleid, waar ze baanbrekend onderzoek doet naar nieuwe manieren om water en afvalwater te zuiveren.

Mi, die afgelopen zomer bij de faculteit van de universiteit kwam, ontwikkelt een nieuw type membraan dat beter kan presteren dan de huidige waterfiltratietechnologie en daarbij minder energie verbruikt. Haar ontwerp is opgebouwd uit grafeenoxide, een op koolstof gebaseerd materiaal dat is gemaakt van natuurlijk voorkomend grafiet, hetzelfde materiaal als in potloden.

Grafeen of grafeenoxide wordt door wetenschappers vaak aangekondigd als veelbelovend voor gebruik in een reeks milieugerelateerde toepassingen, inclusief energieopslag, productie van waterstofbrandstof en het verwijderen van luchtvervuiling. Gemaakt van een dunne laag koolstof, het materiaal is lichtgewicht en toch sterk, en kan zeer goed warmte en elektriciteit geleiden. Het is ook overvloedig en goedkoop.

Mi zegt dat membranen gemaakt van grafeen of grafeenoxide effectiever afvalwaterverontreinigingen kunnen verwijderen, waaronder farmaceutische producten, pathogenen en hormoonontregelaars - dan de huidige methoden en kunnen worden toegepast op hergebruik van afvalwater, ontzilting van water en behandeling van regenwater.

Vroeger, wetenschappers probeerden ontziltingsmembranen te maken met behulp van grafietoxide. Maar die uitstapjes mislukten, Mi zegt, vanwege de structuur en grootte van het materiaal. "Grafitisch oxide is een groot deeltje dat talrijke lagen koolstof bevat, dus het resulterende membraan is dik, met een zeer lage waterfiltratiesnelheid", zegt ze.

In tegenstelling tot, grafeen en grafeenoxide zijn tweedimensionale materialen, en de 2D-structuur stelt wetenschappers in staat om vellen grafeenoxide op elkaar te stapelen om zeer dunne membranen te maken. Water kan extreem snel stromen tussen gestapelde vellen grafeen, Mi voegt toe, omdat er weinig wrijving is van de structuur. Door zuurstof aan grafeen toe te voegen, wordt het omgezet in grafeenoxide en ontstaat er meer ruimte in de structuur waar water doorheen kan stromen. ze zegt.

Het al lang bestaande probleem met grafeenoxidemembranen is dat het toevoegen van zuurstof ervoor zorgt dat grafeen eerder oplost in water.

Maar toen Mi een chemische stof aan de vellen grafeenoxide kon hechten om ze aan elkaar te "lijmen", het membraan bleef intact in water. De resultaten van die doorbraak werden gepubliceerd in een wetenschappelijk tijdschrift uit 2013.

Het ontwikkelen van een nieuwe toepassing voor grafeenoxide is een hoogtepunt van Mi's bijna vastberaden focus op hoe waterfilterende membranen werken - een zoektocht die meer dan 15 jaar geleden begon tijdens haar laatste jaar op de universiteit van Tianjin. Gedurende dat jaar, ze werd voor het eerst blootgesteld aan membraanfiltratiesystemen terwijl ze laboratoriumonderzoek deed met een professor.

Als doctoraatsstudent aan de Universiteit van Illinois-Urbana Champaign, ze sloot haar studentencarrière af met een proefschrift over het gebruik van membranen voor het verwijderen van arseen. Vervolgens, na een postdoc aan Yale (waar ze zich concentreerde op voorwaartse osmose) en een faculteitsfunctie aan de George Washington University, ze kwam aan de Universiteit van Maryland, waar ze voor het eerst haar onderzoek naar grafeenoxide begon.

Mi - die vorig semester een cursus in Berkeley doceerde over opkomende technologie voor waterduurzaamheid - kreeg in 2015 een patent op de membranen. En hoewel bedrijven interesse hebben getoond in het commercialiseren van de technologie, ze zegt dat het eerst op grotere schaal moet worden getest.

Nog altijd, Mi zegt dat ze gelooft dat het membraan zeer aantrekkelijk zou zijn voor overheid en industrie, vooral in het midden van de langdurige droogte in Californië. Dat komt omdat hun vermogen om energie-efficiënter en goedkoper te zijn, hen potentieel nuttig maakt bij ontzilting van zeewater - een benadering die is geopperd als een mogelijke oplossing om de watervoorziening van de staat te vergroten, maar wordt tegenwoordig als grotendeels onhaalbaar beschouwd vanwege de hoge kosten en de energie-intensieve behoeften van ontziltingsinstallaties.

Mi voegt eraan toe dat er nog een praktisch voordeel is aan het gebruik van grafeenoxidemembranen:omdat ze werken met een fysiek scheidingsproces, ze kunnen worden opgeschaald naar grote zuiveringsinstallaties of naar huishoudniveau, aangesloten op een kraan.

"Het is heel flexibel, compact en onderhoudsarm, " zegt ze. "We werken nu heel hard om ze te laten werken voor ontzilting."