Lawrence Livermore-wetenschappers, in samenwerking met onderzoekers van de Northeastern University, hebben koolstofnanobuisporiën ontwikkeld die zout uit zeewater kunnen uitsluiten. Het team ontdekte ook dat de waterdoorlatendheid in koolstofnanobuizen (CNT's) met een diameter kleiner dan een nanometer (0,8 nm) die van bredere koolstofnanobuizen met een orde van grootte overschrijdt.

De nanobuisjes, holle structuren gemaakt van koolstofatomen in een unieke opstelling, zijn meer dan 50, 000 keer dunner dan een mensenhaar. Het supergladde binnenoppervlak van de nanobuis is verantwoordelijk voor hun opmerkelijk hoge waterdoorlatendheid, terwijl de kleine poriegrootte grotere zoutionen blokkeert.

Toenemende vraag naar zoet water vormt een wereldwijde bedreiging voor duurzame ontwikkeling, met als gevolg waterschaarste voor 4 miljard mensen. De huidige waterzuiveringstechnologieën kunnen profiteren van de ontwikkeling van membranen met gespecialiseerde poriën die zeer efficiënte en waterselectieve biologische eiwitten nabootsen.

"We ontdekten dat koolstofnanobuisjes met een diameter kleiner dan een nanometer een belangrijk structureel kenmerk hebben dat verbeterd transport mogelijk maakt. Het smalle hydrofobe kanaal dwingt water om zich te verplaatsen in een opstelling met één bestand, een fenomeen vergelijkbaar met dat gevonden in de meest efficiënte biologische watertransporters, " zei Ramya Tunuguntla, een LLNL postdoctoraal onderzoeker en co-auteur van het manuscript dat verschijnt in de 24 augustus editie van Wetenschap .

Computersimulaties en experimentele studies van watertransport door CNT's met diameters groter dan 1 nm toonden een verbeterde waterstroom, maar kwam niet overeen met de transportefficiëntie van biologische eiwitten en scheidde zout niet efficiënt, vooral bij hogere zoutgehaltes. De belangrijkste doorbraak die het LLNL-team bereikte, was het gebruik van nanobuisjes met een kleinere diameter die de vereiste prestatieverbetering opleverden.

"Deze studies onthulden de details van het watertransportmechanisme en toonden aan dat rationele manipulatie van deze parameters de porie-efficiëntie kan verbeteren, " zei Meni Wanunu, een natuurkundeprofessor aan de Northeastern University en co-auteur van de studie.

"Koolstofnanobuisjes zijn een uniek platform voor het bestuderen van moleculair transport en nanofluïdica, " zei Alex Noy, LLNL hoofdonderzoeker op het CNT-project en een senior auteur op het papier. "Hun grootte van minder dan nanometer, atomair gladde oppervlakken en gelijkenis met cellulaire watertransportkanalen maken ze uitermate geschikt voor dit doel, en het is heel spannend om een ​​synthetisch waterkanaal te maken dat beter presteert dan dat van de natuur."

Deze ontdekking door de LLNL-wetenschappers en hun collega's heeft duidelijke implicaties voor de volgende generatie waterzuiveringstechnologieën en zal een hernieuwde interesse wekken in de ontwikkeling van de volgende generatie high-flux membranen.