Credit: Erik Zumalt, Scoala de Inginerie Cockrell, Universitatea din Texas din Austin

filtrare

Un grup multidisciplinar de ingineri și oameni de știință a descoperit o nouă metodă de filtrare a apei care ar putea avea implicații pentru o varietate de tehnologii, cum ar fi instalațiile de desalinizare, țesături respirabile și de protecție și captarea carbonului în separările de gaze. Echipa de cercetare, condusă de Manish Kumar în Scoala de Inginerie Cockrell de la Universitatea din Texas din Austin, și-a publicat concluziile în ultimul număr al Nanotehnologia naturii.

Studiul, care a reunit cercetători de la UT Austin, Universitatea Penn State, Universitatea Tennessee, Universitatea Fudan și Universitatea Illinois din Urbana-Champaign, a fost inițial inspirat de modul în care celulele noastre transportă apa pe tot corpul și a început ca o încercare pentru a dezvolta canale artificiale pentru transportul apei prin membrane. Scopul a fost de a imita acvaporinele, proteine ​​esențiale ale membranei care servesc drept canale de apă și se găsesc în anumite celule. Aquaporinele sunt sisteme de filtrare a apei rapide și eficiente. Acestea formează pori în membranele celulelor din diferite părți ale corpului - ochi, rinichi și plămâni - unde apa este în cea mai mare cerere.

Kumar și echipa nu au reușit să oglindească sistemul de acvaporină exact așa cum a fost planificat. În schimb, au descoperit un proces de filtrare a apei și mai eficient. Spre deosebire de celulele acvaporinei individuale ale corpului, care funcționează efectiv independent una de cealaltă, membranele dezvoltate de grupul de cercetare Kumar nu au funcționat bine singure.

Dar, când a combinat mai multe dintre ele pentru a crea rețele de „fire de apă”, acestea au fost extrem de eficiente la transportul și filtrarea apei. Sârmele de apă sunt lanțuri dens conectate de molecule de apă care se mișcă extrem de repede, ca un tren și mașinile sale individuale.

„Am încercat să copiem deja complicatul proces de transport al apei folosit de aquaporine și am dat peste o metodă complet nouă și chiar mai bună”, a spus Kumar, profesor asociat la Departamentul de Inginerie Civilă, Arhitecturală și de Mediu al Școlii Cockrell. „A fost complet serendipit. Nu aveam idee că se va întâmpla. ”

Aceste rețele de membrane artificiale s-ar putea dovedi utile pentru separarea sării de apă, un proces de filtrare care este în prezent ineficient și costisitor. Noua membrană a arătat proprietăți impresionante de desalinizare, prezentând sare mult mai selectivă și probabil eliminarea altor contaminanți în comparație cu procesele existente.

„Metoda noastră este de o mie de ori mai eficientă decât procesele actuale de desalinizare în ceea ce privește selectivitatea și permeabilitatea sa”, a spus Kumar. „Pentru fiecare 10.000 de molecule de apă sărată care trec prin sistemele actuale de desalinizare, o moleculă de sare ar putea să nu fie filtrată. Cu noua noastră tehnologie de membrană, o moleculă de sare pentru fiecare 10 milioane de molecule de apă nu ar fi filtrată, menținând în același timp o rată de transport a apei comparabilă sau mai bună decât membranele actuale. ”

De-a lungul întregii sale cariere, Kumar s-a concentrat pe dezvoltarea materialelor și proceselor care iau funcționalitatea modelelor moleculare biologice și le aplică în scări de inginerie.

„Este dificil chiar să imităm în mod eficient complexitățile modului în care funcționează corpul uman, în special la nivel molecular”, a spus el. "De data aceasta, însă, natura a fost punctul de plecare pentru o descoperire și mai mare decât am fi putut spera vreodată".

Cântec și colab. (2019) Canalele artificiale de apă permit permeabilitatea rapidă și selectivă a apei prin rețele de apă. Nanotehnologia naturii. DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-019-0586-8

Acest articol a fost republicat din următoarele materiale. Notă: este posibil ca materialul să fi fost editat pentru durată și conținut. Pentru informații suplimentare, vă rugăm să contactați sursa citată.