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 Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
Исследование крупнейшего в Европе массового захоронения медного века Камино-дель-Молино указало на то, что дети и подростки, жившие в Испании почти пять тысяч лет назад, страдали и умирали от хронических респираторных инфекций, в числе которых, вероятно был туберкулез.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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