ナノ

ウィーン大学のエンジニアは、水から有機汚染物質を除去する効率的なフィルターを作る新しい複合材料を開発しました。 このシステムは、グラフェンのシートに埋め込まれた超多孔質の「ナノスポンジ」を使用します。

新しいフィルターの鍵となるのは、共有結合性有機フレームワーク (COF) と呼ばれる種類の材料です。 これらの構造は非常に多孔質で、小さな空間の中に巨大な表面積が存在するため、大量の分子を効果的に捕捉することができます。 有機金属フレームワーク（MOF）として知られる関連材料は、炭素回収、脱塩、または薄い空気からの飲料水の汲み上げに使用するために研究されており、COF も同様の一連の機能を持つ可能性があります。

新しい研究では、研究者らは COF を使用して水から有機染料を除去することに焦点を当てました。 これらの化学物質は産業廃水の一般的な汚染物質であり、除去が難しいことは言うまでもなく、有毒で発がん性がある可能性があります。

研究チームはCOFを微調整して、有機色素分子を選択的に捕捉できるようにした。 これには、孔を適切な形状とサイズ (0.8 ～ 1.6 ナノメートル) にし、表面にマイナスの電荷を与えて、プラスに帯電した染料分子を引き付けることが含まれます。

しかし、乗り越えなければならない別のハードルがありました。 材料を粉末の形で使用すると、外側の端の細孔が最初に分子で満たされ、中心の細孔は空になり、本質的に役に立たなくなります。 そこでチームは、COFをグラフェンのシート上に成長させることでCOFを広げる方法を開発した。

最終的には、グラフェンの単一原子層上に厚さ 2 ナノメートルの COF 層が形成され、有機色素分子を保持する材料の最大容量が増加しました。 グラフェン自体にはかなり大きな細孔があり、COF が機能している間、水が素早く流れることができます。

「したがって、グラフェンネットワークの大きな細孔と極薄のCOF層およびその多数の吸着サイトの組み合わせにより、特に高速かつ効率的な廃水処理が可能になります」と研究者らは述べた。

研究チームによると、この技術はかなり安価になるはずだという。 グラフェンをあまり使用する必要がなく、COF を洗浄して再利用できます。

この研究はAngewandte Chemie誌に掲載された。

出典: ウィーン大学