Глобальный кризис устойчивого развития вызван дисбалансом спроса и предложения чистой воды. Согласно «Докладу Организации Объединенных Наций о мировом водном развитии за 2023 год», от нехватки воды страдают 2–3 миллиарда человек.

Жизнеспособным решением является опреснение морской воды с помощью мембранной сепарации до чистой воды. Однако большинство мембран ограничены низким потоком воды, поскольку качество мембран ухудшается во время приготовления из-за суровых условий и/или сложных процессов, что приводит к низкой производительности воды, энергоэффективности и использованию мембран. В результате существует потребность в высокопоточных опреснительных мембранах.

Недавно исследователи под руководством профессора Гаофэна Цзэна из Шанхайского института перспективных исследований (SARI) Китайской академии наук в сотрудничестве с профессором Гошэном Ши из Шанхайского университета создали графдииновые композитные мембраны и получили почти полное удаление солей и сверхвысокий поток воды в опреснение морской воды.

Результаты были опубликованы в журнале Nature Water 4 сентября 2023 года.

Ученые создали графдииновые мембраны с нанопористой структурой и субмикронной толщиной на пористых медных полых волокнах, используя реакцию кросс-сочетания Глейзера-Хея в мягких сольвотермических условиях.

Графдииновые мембраны отталкивают более 99,9% мелких ионов в морской воде. Они имели потоки воды на 1–3 порядка выше, чем коммерческие мембраны, такие как металлоорганические каркасные мембраны, цеолитовые мембраны и мембраны на основе графена. Они также продемонстрировали стабильную стабильность в долгосрочных испытаниях с реальной морской водой, гиперсоленой водой и водой, содержащей загрязняющие вещества.

Теоретические расчеты показали, что на границах раздела физиологический раствор-вода/графдийн и физиологический раствор-вода/пар содержат 1–3 молекулярных слоя чистой воды без соли, что вносит значительный вклад в полное отторжение соли на графдииновых мембранах. Сверхвысокие потоки воды были получены с использованием модели двухслойного графдиинового канала, что согласуется с экспериментальными наблюдениями.

Результаты исследования не только обеспечивают адаптируемый метод производства графдииновых мембран, но также иллюстрируют возможность производства других алкадиинсодержащих мембран с использованием аналогичной методологии, которые можно было бы использовать для мембранного разделения, переноса ионов и преобразования энергии.