Eerder werd aangetoond dat grafeenoxidemembranen volledig ondoordringbaar zijn voor alle oplosmiddelen, behalve voor water. Echter, een studie gepubliceerd in Natuurmaterialen , laat nu zien dat we de moleculen die door deze membranen gaan, op maat kunnen maken door ze simpelweg ultradun te maken.

Het onderzoeksteam onder leiding van professor Rahul Nair van het National Graphene Institute en de School of Chemical Engineering and Analytical Science aan de Universiteit van Manchester heeft dit membraan aangepast om alle oplosmiddelen door te laten, maar zonder afbreuk te doen aan het vermogen om de kleinste deeltjes eruit te zeven.

In de nieuw ontwikkelde ultradunne membranen, grafeenoxidevellen worden zo geassembleerd dat de tijdens de assemblage gevormde gaatjes met elkaar worden verbonden door grafeennanokanalen, die een zeef op atomaire schaal produceert die de grote stroom oplosmiddelen door het membraan mogelijk maakt.

Dit nieuwe onderzoek maakt uitbreiding mogelijk in de toepassingen van op grafeen gebaseerde membranen, van ontzilting van zeewater tot nanofiltratie met organisch oplosmiddel (OSN). In tegenstelling tot ontzilting van zeewater, die zouten scheiden van water, OSN-technologie scheidt geladen of ongeladen organische verbindingen van een organisch oplosmiddel.

Als voorbeeld, Wetenschappers uit Manchester hebben aangetoond dat grafeenoxidemembranen kunnen worden ontworpen om verschillende organische kleurstoffen zo klein als een nanometer opgelost in methanol volledig te verwijderen.

Prof. Nair zei, "Gewoon voor de lol, we filterden zelfs whisky en cognac door het grafeenoxidemembraan. Het membraan liet de alcohol door, maar verwijderde de grotere moleculen, wat de amberkleur geeft. De heldere whisky ruikt vergelijkbaar met de originele whisky maar we mogen hem niet drinken in het lab, maar het was een grappig vrijdagavondexperiment!"

De nieuw ontwikkelde membranen filteren niet alleen kleine moleculen uit, maar verhogen ook de filtratie-efficiëntie door de stroomsnelheid van het oplosmiddel te verhogen.

Prof. Nair voegde toe:"Bij chemische scheiding draait alles om energie, verschillende chemische scheidingsprocessen verbruiken ongeveer de helft van het industriële energieverbruik. Elk nieuw efficiënt scheidingsproces zal het energieverbruik minimaliseren, waar nu veel vraag naar is. Tegen 2030, de wereld zal naar verwachting 60% meer energie verbruiken dan nu."

Dr. Su, die het experiment leidde, voegde toe:"De ontwikkelde membranen zijn niet alleen nuttig voor het filteren van alcohol, maar de precieze zeefgrootte en hoge flux openen nieuwe mogelijkheden om moleculen te scheiden van verschillende organische oplosmiddelen voor de chemische en farmaceutische industrie. Deze ontwikkeling is vooral belangrijk omdat de meeste van de bestaande op polymeren gebaseerde membranen onstabiel zijn in organische oplosmiddelen, terwijl het ontwikkelde grafeenoxidemembraan zeer stabiel is."

Grafeenoxidemembranen ontwikkeld door het National Graphene Institute hebben veel aandacht getrokken voor toepassingen voor waterfiltratie en ontzilting, een mogelijke oplossing bieden voor de waterschaarste.

Door gebruik te maken van ultradunne membranen, dit is het eerste duidelijke experiment om te laten zien hoe andere oplosmiddelen eruit kunnen worden gefilterd, waaruit blijkt dat er potentieel is voor nanofiltratie met organische oplosmiddelen.

Grafeen - 's werelds eerste tweedimensionale materiaal staat bekend om zijn veelzijdige superlatieven, het kan zowel hydrofoob als hydrofiel zijn, sterker dan staal, flexibel, buigzaam en een miljoen keer dunner dan een mensenhaar.

Dit onderzoek heeft de perceptie veranderd van waartoe grafeenoxidemembranen in staat zijn en hoe we ze kunnen gebruiken. Door deze membranen te kunnen ontwerpen om specifieke moleculen of oplosmiddelen te filteren, het opent nieuwe potentiële toepassingen die nog niet eerder zijn onderzocht.