نانواسفنج‌هایی که آب را تصفیه می‌کنند

مولفه کلیدی این فیلترهای جدید، گروهی از مواد به نام "چارچوب‌های آلی کووالانسی" (COFs) هستند. این ساختارها بسیار متخلخل هستند و سطح بزرگی را شامل می‌شوند که در یک فضای کوچک قرار دارد. این بدان معناست که آنها می‌توانند مقادیر زیادی از مولکول‌ها را به صورت موثر جذب کنند. مواد مرتبطی که به عنوان "چارچوب‌های فلزی آلی" (MOFs) شناخته می‌شوند، برای استفاده در جذب کربن، نمک‌زدایی یا استخراج آب آشامیدنی از هوا مورد بررسی قرار می‌گیرند و چارچوب‌های آلی کووالانسی نیز می‌توانند مجموعه‌ای از عملکردهای مشابه را داشته باشند.

پژوهشگران در این پروژه، بر کاربرد چارچوب‌های آلی کووالانسی برای حذف رنگ‌های آلی از آب تمرکز کردند. این مواد شیمیایی، یکی از آلاینده‌های رایج پساب‌های صنعتی هستند و می‌توانند سمی و سرطان‌زا باشند. حذف رنگ‌های آلی از آب، کاری دشوار است.پژوهشگران، چارچوب‌های آلی کووالانسی را بهینه‌سازی کردند تا مولکول‌های رنگ آلی را جذب کنند. این روند شامل ساختن منافذی در شکل و اندازه مناسب بین ۰.۸ تا ۱.۶ نانومتر و دادن بار منفی به سطح برای جذب مولکول‌های رنگ با بار مثبت است.

در هر حال، مانعی برای این کار وجود داشت که باید بر آن غلبه می‌شد. هنگامی که این ماده به شکل پودر استفاده می‌شود، ابتدا منافذ لبه‌های بیرونی با مولکول‌ها پر می‌شوند و منافذی که در مرکز هستند، خالی و بی‌فایده می‌مانند. بنابراین پژوهشگران، راهی را برای گسترش چارچوب‌های آلی کووالانسی با قرار دادن آنها روی ورقه‌ای از گرافین ابداع کردند.

نتیجه نهایی، یک لایه از چارچوب‌های آلی کووالانسی به ضخامت دو نانومتر بود که روی یک لایه تک اتمی گرافین قرار داشت. این لایه، حداکثر ظرفیت ماده را برای جذب مولکول‌های رنگ آلی افزایش داد. خود گرافین دارای منافذ نسبتا بزرگی است که به آب امکان می‌دهند تا زمانی که چارچوب‌های آلی کووالانسی کار خود را انجام می‌دهند، به سرعت از درون آنها عبور کند.

پژوهشگران در مقاله این پژوهش نوشتند: منافذ بزرگ شبکه گرافین در ترکیب با لایه بسیار نازک چارچوب‌های آلی کووالانسی و تعداد زیادی از مکان‌های جذب آنها، تصفیه سریع و کارآمد فاضلاب را ممکن می‌سازند.به گفته پژوهشگران، این روش می‌تواند نسبتا ارزان باشد. نیازی به استفاده زیاد از گرافین نیست و چارچوب‌های آلی کووالانسی را می‌توان تمیز کرد و دوباره مورد استفاده قرار داد.این پژوهش، در مجله "Angewandte Chemie" به چاپ رسید.