Исследователи Университета Нового Южного Уэльса и RMIT открыли революционный и дешевый способ изготовления фильтров, которые могут превращать воду, загрязненную тяжелыми металлами, в безопасную питьевую воду за считанные минуты.
Недавний заказ UNSW SHARP Профессор Курош Калантар-заде и его бывшие коллеги из RMIT показали, что нанофильтры из оксида алюминия можно дешево производить, практически не используя энергию из фиксированного количества жидкого металлического галлия.
В статье, опубликованной в журнале Advanced Functional Materials, ведущий автор доктор Али Завабети (RMIT) и профессор Калантар-заде объяснили, что когда кусок алюминия добавляется к ядру жидкого галлия при комнатной температуре, слои оксида алюминия быстро производятся на поверхности галлия.
Авторы обнаружили, что эти нанолисты из оксида алюминия были очень пористыми, и доказали, что они подходят для фильтрации как ионов тяжелых металлов, так и масляных загрязнений с беспрецедентной сверхвысокой скоростью.
Профессор Калантар-заде, недавно получивший стипендию лауреата австралийской премии ARC вскоре после поступления в Школу химического машиностроения Университета Нового Южного Уэльса, сказал, что недорогие портативные фильтры, произведенные с помощью этого нового производственного процесса на основе жидкого металла, могут использоваться людьми без доступ к чистой питьевой воде для удаления таких веществ, как свинец и другие токсичные металлы, за считанные минуты.
«Поскольку он очень пористый, вода проходит через него очень быстро», - сказал профессор Калантар-заде.
Свинец и другие тяжелые металлы имеют очень высокое сродство к оксиду алюминия. Когда вода проходит через миллиарды слоев, каждый из этих ионов свинца притягивается к одному из этих листов оксида алюминия.
"Но в то же время это очень безопасно, так как при многократном использовании поток воды не может отделить ионы тяжелых металлов от оксида алюминия."
Профессор Калантар-заде считает, что эта технология может найти хорошее применение в Африке и Азии, в местах, где уровни ионов тяжелых металлов в воде намного превышают безопасное потребление человеком. По оценкам, 790 миллионов человек, или каждый десятый житель Земли, не имеют доступа к чистой воде.
"Если у вас вода плохого качества, просто возьмите с собой гаджет с одним из этих фильтров", - сказал он.
Вы наливаете загрязненную воду в верхнюю часть фляги с фильтром из оксида алюминия. Подождите две минуты, и вода, прошедшая через фильтр, станет очень чистой водой, полностью пригодной для питья.
"И хорошо, что этот фильтр дешевый."
Существуют переносные продукты для фильтрации, которые действительно удаляют тяжелые металлы из воды, но они сравнительно дороги, часто стоят более 100 долларов.
Напротив, фильтры из оксида алюминия, изготовленные из жидкого галлия, можно производить всего за 10 центов, что делает их привлекательными для потенциальных производителей.
«До сих пор для производства оксида алюминия необходимо было обрабатывать алюминий при температуре выше 1000 градусов или использовать другие энергоемкие процессы», - сказал профессор Калантар-заде.
Обычно изготовление чего-то вроде этого фильтра требует очень много энергии, что делает его очень дорогим.
"Теперь мы говорим о том, что вы можете делать даже под солнцем летом в 35 градусов."
В то время как алюминий является распространенным и дешевым металлом, галлий относительно дорог. Но что делает галлий героем процесса, так это тот факт, что он остается чистым и неизменным после каждого производства оксида алюминия.
«Вы просто добавляете алюминий к галлию, и когда его поверхность подвергается воздействию воды, получается оксид алюминия. Вы можете использовать галлий снова и снова. Галлий никогда не участвует в реакции», - сказал профессор Калантер-заде.
Профессор Калантар-заде сказал, что производственный процесс настолько дешев и требует таких низких затрат энергии, что эти фильтры можно сделать даже из кухни.
«Мы публикуем эту концепцию и делаем ее общедоступной, чтобы люди во всем мире могли бесплатно использовать эту идею и реализовывать ее для улучшения качества своей жизни», - сказал он.
"Все дело в новой парадигме. Мы даже не начали исследовать, как мы можем использовать жидкие металлы в качестве основы для производства дешевых, экологичных и безопасных для человека вещей."
Работа под руководством профессора Калантар-заде и доктора Завабети финансировалась Центром будущих низкоэнергетических электронных технологий ARC (FLEET).