Графен и кальций в одной формуле — новая технология, способная решить мировую проблему с водой

Более двух миллиардов людей во всем мире лишены доступа к чистой питьевой воде — несмотря на то, что в атмосфере Земли содержится около 13 миллионов гигалитров влаги. Этот парадокс стал отправной точкой для международной группы учёных из Австралии, Китая, Японии, Сингапура и Индии, которые решили найти технологическое решение проблемы.

В состав исследовательской команды вошли специалисты из Центра передового опыта в области углеродной науки и инноваций в Сиднее, группа графена Университета Нового Южного Уэльса под руководством доцента Ракеша Джоши, а также исследовательская группа Нобелевского лауреата 2010 года — китайского физика Костя Новоселова.

Графен — материал будущего для очистки воды

Ключевую роль в открытии сыграл оксид графена — особая форма графена с кислородосодержащими группами. Графен известен своими уникальными свойствами: он невероятно прочен, лёгок и превосходно проводит электричество. Эти качества делают его идеальной основой для инновационных технологий.

Однако именно оксид графена проявил себя как эффективный адсорбент воды — он способен притягивать и удерживать молекулы влаги на своей поверхности. Учёные дополнительно внедрили в структуру оксида ионы кальция, которые усилили способность материала удерживать воду.

"При таком сочетании водородные связи между водой и кальцием становятся намного прочнее," — рассказывают исследователи из UNSW.

Результат превзошёл ожидания: количество воды, удерживаемой новым материалом, оказалось значительно больше суммы того, что могли обеспечить оксид графена и кальций по отдельности.

Аэрогель — лёгкий и мощный водоуловитель

Дальнейшая разработка позволила создать из этого наноматериала аэрогель — материал с микропорами, очень лёгкий и обладающий высокой адсорбционной способностью.

Наноматериал удерживает воду в объёме, в три раза превышающем собственный вес, и делает это быстрее аналогичных технологий. При этом для высвобождения воды требуется нагрев всего до 50 градусов, что значительно снижает потребление электроэнергии.

Моделирование молекулярных взаимодействий проводилось с помощью суперкомпьютера Canberra — части Австралийской национальной вычислительной инфраструктуры.

"Эти знания помогают создавать более совершенные системы для добычи воды из воздуха, что может стать устойчивым решением проблемы дефицита пресной воды как в Австралии, так и в других засушливых регионах", - заявил руководитель вычислительной группы Амир Картон из Университета Новой Англии.

Будущее технологии и глобальный контекст

Хотя этот материал и его возможности сейчас находятся на стадии предварительных исследований, команда уже работает над масштабированием технологии и созданием прототипов.

По данным ООН, несмотря на улучшения в доступе к безопасной питьевой воде с 2015 по 2022 год, к 2030 году более двух миллиардов человек всё ещё будут лишены такой возможности — если не будут приняты более активные меры.

"Наша технология применима в любом регионе с достаточной влажностью, но ограниченным доступом к чистой воде," — подчёркивает доцент Ракеш Джоши.