Grafen ne le za tranzistorje, ampak tudi čiščenje vode

Grafen vse bolj postaja čudežni material 21. stoletja, saj se njegove mnogotere uporabnosti kar množijo. Na naši strani smo v prvi vrsti navdušeni nad grafenskimi čipi, tranzistorji in vezji, ki bi v prihodnosti mogli nadomestiti silicijeve in za več velikostnih razredov pohitriti računalnike, a to ni edina zmožnost njegove uporabe. Že pred leti so znanstveniki ugotovili, da je grafen tudi najtrši znani material, na MIT-u pa so v zadnjem času pokazali, da ga lahko uporabljamo tudi za razsoljevanje vode.

Razsoljevanje morske vode je dandanes sorazmerno drag postopek, ki ga uporabljajo le bogate države brez zadostnih virov sladke vode. Izvaja se z reverzno osmozo, kjer potrebujemo na visoke tlake odporne polprepustne membrane. Te prepuščajo vodo (in dovolj majhne delce), večjih pa ne. Zaradi težnje po izenačitvi kemijskih potencialov vode na obeh straneh raztopine voda spontano teče iz manj koncentriranega prekata (tod imamo v mislih koncentracijo topljenca v vodi) v bolj koncentriranega, posledica pa je osmotski tlak. Če v obratni smeri pritisnemo večji tlak, voda skozi membrano teče v obratni smeri in iz slane vode pridobivamo sladko. Problem tega postopka je cena, vzdržljivost membran in počasnost.

Grafen ta postopek pospeši za okoli tisočkrat, so ugotovili na MIT-u. Njegova prednost je njegova tankost, saj je vsaka plast grafena debela le en atom. Material je hkrati porozen, in sicer je poroznost mogoče celo uravnavati. V praksi sicer postopek uravnavanje velikost por še ni povsem dodelan, a razvoj intenzivno poteka. Ko imamo enkrat plast grafena s porami ustrezne velikosti, skozi katere lahko uidejo molekule vode, ne pa tudi ioni. Rezultat je sladka, skoraj deionizirana voda.

To ni prvi primer, ko so znanstveniki za razsoljevanje vode uporabili nanoporozne materiale. Je pa gotovo eden najbolj zanimivih poizkusov, saj kaže najboljše obeti in povrhu uporablja grafen, ki nas še posebej zanima. Grafen v vodi tudi ni strupen, tako da filtri ne predstavljajo zdravstvenega tveganja. Rešiti je sicer treba še dva problema, in sicer sintetizirati grafen s porami izključno prave velikosti ter poskrbeti za mehansko stabilnost grafenskih membran. Raziskave tudi kažejo, da je smiselno ogljikove atome v okolici por funkcionalizirati, še najraje s hidroksilnimi skupinami, saj s tem po eni strani zmanjšamo njihovo kemijsko reaktivnost po drugi strani pa olajšamo prehod vode.

Grafen mimogrede zmore tudi proizvajati elektriko iz svetlobe (fotovoltaika), iz njega pa bi v teoriji lahko izdelali tudi upogljive superkondenzatorje. Zamisli je torej cel kup, a še vedno nismo dočakali nobenega delujočega izdelka iz grafena. Upajmo, da ne bo ostalo le pri raziskavah in napovedih.