تصفیه آب با فناوری نانو: فیلترهایی که می‌دانند چه چیزی را عبور دهند
دانشمندان دانشگاه شیکاگو و دانشگاه نورث‌وسترن موفق به ساخت غشای هوشمندی شده‌اند که مانند سلول‌های زنده، می‌تواند تصمیم بگیرد کدام یون‌ها از آن عبور کنند، کدام را مسدود کند و چه زمانی این کار را انجام دهد.
جدیدترین مطالب
به گزارش خبرنگار پایگاه خبری لوازم خانگی ایران «ال کا ایران»، دانشمندان دانشگاه شیکاگو و دانشگاه نورث‌وسترن موفق به ساخت غشای هوشمندی شده‌اند که مانند سلول‌های زنده، می‌تواند تصمیم بگیرد کدام یون‌ها از آن عبور کنند، کدام را مسدود کند و چه زمانی این کار را انجام دهد. این دستاورد انقلابی می‌تواند آینده فناوری‌های تصفیه آب، بازیافت مواد معدنی و حتی الکترونیک‌های مبتنی بر مایع را متحول کند.
یادگیری یون‌ها: فیلترهایی با قابلیت تغییر رفتار
در این پژوهش، دانشمندان نشان دادند که افزودن مقادیر بسیار کمی از یون‌های فلزی مانند سرب، کبالت یا باریم می‌تواند به‌طور چشمگیری میزان عبور یون پتاسیم از یک نانوکانال دوبعدی را تغییر دهد.
به‌طور شگفت‌انگیزی، تنها با ۱ درصد افزایش یون سرب، سرعت عبور پتاسیم دو برابر شد. این افزایش نه به‌دلیل فشار بیشتر، بلکه به‌خاطر کاهش سرعت یون‌های رقیب بود؛ مسئله‌ای که به پتاسیم اجازه می‌دهد با یون کلرید جفت شود و به‌صورت ترکیب خنثی به‌راحتی از کانال عبور کند.«بخش هیجان‌انگیز تحقیق ما این است که نشان می‌دهد چگونه حضور مقدار بسیار کمی از یون‌های دیگر می‌تواند انتقال یون‌ها در کانال‌های نانومقیاس را دگرگون کند.»
— مینگ‌ژان وانگ، یکی از نویسندگان مقاله
غشاهایی با هوش قابل تنظیم
این غشای مصنوعی قابلیت دارد بسته به ترکیب یونی محیط، مسیر عبور یون‌ها را باز یا بسته کند. برای مثال، افزودن یون‌های کبالت یا باریم باعث کاهش عبور پتاسیم می‌شود؛ زیرا این یون‌ها با یون سرب بر سر اتصال به دیواره کانال رقابت می‌کنند و مانع تشکیل جفت پتاسیم-کلرید می‌شوند.
این سیستم پویا، یادآور رفتار انتخابی و هوشمند غشاهای زیستی است که سلول‌های زنده از آن بهره می‌برند.
شبیه‌سازی دقیق در مقیاس اتمی
تیم تحقیقاتی برای درک بهتر این پدیده، از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی استفاده کرد که در آن اثرات الکترواستاتیکی و برهم‌کنش‌های دو قطبی ناشی از یون‌ها لحاظ شده بود. نتایج این مدل‌سازی به‌خوبی با نتایج تجربی مطابقت داشت.
«مدل‌سازی ما نشان داد که فیزیک درستی را لحاظ کرده‌ایم. این شبیه‌سازی‌ها کلید درک رفتار غیرخطی عبور یون‌ها در مقیاس آنگستروم است.»
— چین‌سی شیونگ، نویسنده اصلی
کاربردهای آینده: از تصفیه آب تا استخراج لیتیوم
فناوری غشاهای هوشمند می‌تواند در آینده نقش کلیدی در صنایع مختلف ایفا کند:
-
تصفیه آب: حذف انتخابی یون‌های مضر در پاسخ به آلودگی
-
بازیافت مواد معدنی: استخراج هدفمند لیتیوم از آب دریا با حداقل ضایعات
-
الکترونیک مایع: ساخت مدارهایی که با جریان یون‌ها کنترل می‌شوند
این کشف گامی بزرگ در مسیر ساخت فیلترهایی است که نه‌تنها عملکردی شبیه سلول‌های زنده دارند، بلکه در زمان واقعی قابل تنظیم هستند.
انتهای پیام/
