グラフェン上の「ナノスポンジ」は工業廃水の高効率フィルターになる

ウィーン大学のエンジニアたちは、水中の有機汚染物質を効率的にろ過するための新しい複合材料を開発した。このシステムはグラフェンシートに埋め込まれた超多孔質「ナノスポンジ」を使用する。

新しいフィルタの鍵は、共有有機フレームワーク（COFs）と呼ばれる材料の種類です。これらの構造は非常に多孔質であり、小さな空間内に巨大な表面積を持つようにしており、これは大量の分子を効果的に捉えることができることを意味しています。金属有機フレームワーク（MOFs）と呼ばれる関連材料は、炭素捕獲、海水淡水化、または希薄な空気から飲料水を抽出するために研究されているが、COFsは一連の類似の機能を持つ可能性がある。

この新しい研究では、COFsを使用して水中の有機染料を除去することに集中している。これらの化学品は工業廃水の一般的な汚染物であり、毒性と発癌性を有する可能性があり、除去が難しいことは言うまでもない。

チームはCOFsを調整し、有機染料分子を選択的につかむようにした。これは、正電を帯びた染料分子を引き付けるために、細孔の形状と大きさを適切にし、0.8〜1.6ナノメートルの間にして表面を負に帯電させることに関連している。

しかし、もう一つの障害は克服しなければならない。この材料を粉状に使用する場合、外縁の孔は最初に分子で満たされ、中間の孔は空洞であり、ほとんど役に立たない。そこで、チームはグラフェンシートにCOFsを植えることで分散する方法を開発した。

最終的な結果は、グラフェンの単原子層上に2 nm厚のCOFs層が形成され、これにより、有機染料分子を収容する材料の最大容量が増加した。グラフェン自体にはかなり大きな孔があり、水が急速に流れるのを可能にし、COFsがその役割を果たす。

研究者は「そのため、グラフェンネットワークの大孔と超薄COFs層とその大量の吸着点が結合し、特に迅速で効率的な廃水処理を実現することができる」と述べた。

研究チームによると、この技術もかなり安いはずだという。グラフェンをあまり使う必要はなく、COFsはクリーニングして再使用することができます。

この研究は『Angewandte Chemie』誌に発表された。