إن المياه ، وهي أحد أكثر الموارد وفرة وعالماً في العالم من أجل استدامة الحياة والزراعة والصناعة ، ملوثة عالمياً أو أنها غير آمنة للشرب ، مما يخلق الحاجة إلى طرق تحلية جديدة وأفضل. وتتمثل طرق التحلية الحالية في ارتفاع تكاليف الطاقة ، والطاقة ، والبناء ، والتشغيل ، مما أدى إلى إسهامها في أقل من 1٪ من إمدادات المياه الاحتياطية في العالم. التقدم في العلوم والهندسة النانوية تشير إلى أن عملية تحلية المياه أكثر فعالية من حيث التكلفة والصديقة للبيئة باستخدام الجرافين أمر ممكن. اختارت مجموعتنا بحث هذا التطبيق من الجرافين لتحسين تحلية المياه ، مع التركيز على قيود تحلية المياه الحالية وكيف يجعل نموذج الجرافين في بنية التركيب-العقارات مناسبة بشكل جيد لتعزيز كفاءة تحلية المياه. في الوقت الحالي ، تعمل معظم محطات التحلية باستخدام عملية تعرف باسم التناضح العكسي عن طريق إجبار الماء مع تركيز الملح المرتفع من خلال المرشحات عند الضغوط العالية لإزالة الملح. تتطلب هذه العملية ضغوط هائلة ، وتكاليف تشغيل ضخمة ، وفلاتر تتطلب صيانة ورصدًا ثابتًا تقريبًا لتجنب انسدادها. ماذا لو كانت هناك طريقة أفضل وأكثر فعالية للقيام بعملية تحلية المياه نفسها؟ وقد أظهرت الأبحاث الحالية أن الجرافين يمكن أن تفعل نفس عملية التناضح العكسي ، أفضل فقط. الجرافين يتكون من طبقة ذرة واحدة سميكة من ذرات الكربون مثل بنية قرص العسل سداسية. يسمح هذا النحافة بتدفقات عالية الانتشار ، وبالتالي نفاذية عالية للمياه. كما يحتوي الجرافين على صلابة شد عالية تصل إلى 150،000،000 رطل لكل بوصة مربعة ، مما يسمح له بمقاومة الضغوط العالية عندما يتم إجبار الماء على التدفق العالي. في حين أن تكاليف إنتاج الجرافين لا تزال مرتفعة ، إلا أنها تتناقص بسرعة. على سبيل المثال ، كانت MIT رائدة في طريقة جديدة لإنتاج الجرافين باستخدام تقنية كيميائية تكسر الجرافيت في صفائح الجرافين ، مما يعمل على تحسين جودة الجرافين لتحلية المياه مع تقليل الوقت والمال والعمل في الإنتاج. بينما تتدفق المياه المالحة من خلال أغشية الجرافين ، فإن المسام المهندسة ذات الحجم 0.8-0.6nm تسمح لجزيئات الماء بالمرور أثناء إيقاف مرور جزيئات الملح. وتشمل فوائد تبديل أغشية الجرافين مع الأغشية الحالية المستخدمة في محطات التحلية انخفاض تكاليف الطاقة ، وقلة الصيانة ، وارتفاع معدلات رفض الملح ، وزيادة تدفق المياه والنفاذية ، وانخفاض تكلفة بناء محطات التحلية. مع تركيزنا على الجرافين لتحلية المياه ، نسعى لمقارنة الفوائد والعيوب ، وفهم أفضل إذا كان هيكل وتجهيز الجرافين ينتج خصائص مثالية لهذا التطبيق.
أنت على يقين من الجرافيت ، وهي مادة مستخدمة في قلم الرصاص ، ولكن ماذا عن الجرافين؟ يعرض هذا الجرافيت أحادي الطبقة خصائص بارزة في العديد من المجالات القابلة للتطبيق. من البطاريات إلى طبقة طلاء الطائرات ، يمكن أن تشكل الغرافات جزءًا كبيرًا من عالمنا المادي. مجال البحث الرئيسي في Yeh هو فيزياء المادة المكثفة التجريبية ، مع التركيز بشكل خاص على الإلكترونات المترابطة ، والمواد الطوبولوجية ، و spintronics ، والمواد منخفضة الأبعاد ، وعلم النانو وتكنولوجيا النانو ، وبحوث الطاقة ، والقياسات الدقيقة باستخدام تكنولوجيا فائقة التوصيل.
اختبارنانو فلتر هو جهاز معياري يتكون من رمل الجرافين المغلفة لتنقية المياه في واحدة من أكثر المدن تلوثا في العالم: لانتشو في الصين. تم تنفيذ المشروع بالتعاون مع مركز العلوم النانوية في Copengahen واختباره في الموقع مع البعثة. شكر وتقدير: أود أن أشكر مارك أوفرجارد وكاسبر نورجارد من مركز العلوم النانوية ، جامعة كوبنهاغن للاستشارات الكيميائية والمساعدة في إعداد مركب رمل غرافين ؛ الدكتور روبرت موراي سميث والدكتورة سوجيت سينغوبتا (الجامعة الهندية للتكنولوجيا في مدراس) لإجراء مشاورات حول وصفة GSC ؛ Mikael Jackson (Superform Lab، KADK) للحصول على الدعم في عمليات المعالجة الحرارية لمواد الفلتر ؛ Mads Johnsen (ورشة عمل معدنية ، KADK) للمساعدة في بناء جهاز NanoFilter المعياري ؛ ميكيل أولسون (جامعة الدنمارك التقنية ، قسم الهندسة البيئية) لتحليل عينات المياه من أجل وجود المعادن الثقيلة ؛ شكر خاص لمعلماتي في الجامعة: ديفيد غارسيا ، توماس شوفالييه بوجستروب ، ماريان هانسن وجاكوب كنودسن لدعمهم المستمر وتوجيههم طوال عملية التصميم بالكامل.
المواضيع المتشابهه 
الغرافين هو الحل لمياة تحلية رخيصة وصحية وببلاش 
العرض الشجري
