Российские ученые улучшили мембраны для очистки воды с помощью ионов металлов
Исследователи предложили использовать для очистки воды полимерные мембраны, модифицированные ионами металлов меди, цинка и хрома. Подобные полимеры впервые использовались для очистки воды методом электродиализа. Мембраны на основе меди показали рекордные значения селективности для однозарядных ионов, что открывает новые возможности для устойчивой переработки воды.
Исследование опубликовано в Journal of Membrane Science. Электродиализ — способ очистки воды от загрязнений без химических реагентов, основанный на движении ионов через мембрану под действием электрического поля. Эффективность очистки зависит от свойств мембраны, особенно от ее селективности — умения пропускать одни ионы и задерживать другие. При этом полимерные мембраны обычно лучше пропускают многозарядные ионы, такие как сульфаты, чем однозарядные, например нитраты. В результате на поверхности мембраны образуются отложения, которые блокируют перенос ионов и могут привести к выходу из строя всей электродиализной установки. Поэтому ученые разрабатывают способы повышения избирательности мембран к транспорту однозарядных ионов.
Мембраны для электродиализа обычно создаются на основе полимеров и содержат каналы с заряженными стенками, которые избирательно пропускают ионы. Классический полимер состоит из цепочки углеродных атомов, в которой заряженные функциональные группы прикреплены прочными ковалентными связями. Эти группы — часть структуры полимера, поскольку прикреплены к его боковой цепи.
Ученые из НИУ ВШЭ показали, как можно с помощью простой модификации повысить селективность полимерных мембран. Они использовали мембраны на основе полибензимидазола (PBI), в которые внедрили ионы металлов — меди, цинка и хрома. В предложенной структуре металлы соединялись с атомами азота из полимера с помощью координационных связей — их легко и сформировать, и разрушить, в отличие от прочных ковалентных связей. Это свойство координационных связей позволяет изменять структуру материала и адаптировать его свойства под конкретные задачи.
«Типичный полимер можно представить как гирлянду, где основная цепь — провод, а функциональные группы — лампочки, закрепленные на нем. В обычных мембранах лампочки всегда находятся на одном месте и прикреплены к проводу, а в нашем случае лампочки словно левитируют. Мы можем изменять их количество, добавляя больше или меньше ионов металла при синтезе, и таким образом регулировать свойства мембраны», — комментирует автор статьи, студент магистерской программы «Химия молекулярных систем и материалов» факультета химии НИУ ВШЭ и сотрудник лаборатории ионики функциональных материалов ИОНХ РАН Андрей Манин.
Мембраны, созданные с добавлением ионов меди, продемонстрировали рекордную селективность в процессе разделения нитратов и сульфатов. Ученые предполагают два объяснения. Первое — что размер ионных каналов в структуре мембраны идеально подходит для транспорта нитратов, в то время как более крупные сульфаты застревают. Второе связано с тем, что ионы нитратов могут взаимодействовать с ионами металлов в координационной сфере, что облегчает их прохождение через мембрану.
Эксперименты подтвердили, что мембраны с медью не только эффективны, но и стабильны: они сохраняют свои свойства в процессе длительного использования. Это важное преимущество перед аналогами на основе ионов цинка, которые вымывались из полимерной матрицы, загрязняя воду тяжелыми металлами. Ученые рассматривают несколько вариантов масштабирования технологии для промышленного внедрения.
«В эксперименте мы использовали замещенный полибензимидазол, синтезированный нашими коллегами из ИНЭОС РАН, а для производства можно взять другой доступный и широко производимый полимер, например незамещенный полибензимидазол. Другой вариант — наносить тонкий слой синтезированного полимера с ионами металлов на уже готовые коммерческие мембраны для электродиализа. Это позволит улучшить селективность, сохраняя свойства проводимости мембраны за счет исходного материала. Такие мембраны производятся по отлаженным технологическим процессам, и добавление одной стадии не будет критически влиять на стоимость производства, но может повысить эффективность мембран», — считает Андрей Манин.
Telegram 
Дзен 
VK Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Ни один регион на Земле не обладает стопроцентной устойчивостью ко всем возможным глобальным катастрофическим рискам. Тем не менее существует место, имеющее максимальный запас прочности в такой ситуации, — и это Австралия.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно