scienziati Lawrence Livermore, in collaborazione con ricercatori della Northeastern University, hanno sviluppato pori di nanotubi di carbonio che possono escludere il sale dall'acqua di mare. Il team ha anche scoperto che la permeabilità all'acqua nei nanotubi di carbonio (CNT) con diametri inferiori a un nanometro (0,8 nm) supera di un ordine di grandezza quella dei nanotubi di carbonio più larghi.

I nanotubi, strutture cave fatte di atomi di carbonio in una disposizione unica, sono più di 50, 000 volte più sottile di un capello umano. La superficie interna super liscia del nanotubo è responsabile della loro straordinaria permeabilità all'acqua, mentre la minuscola dimensione dei pori blocca gli ioni di sale più grandi.

La crescente domanda di acqua dolce rappresenta una minaccia globale per lo sviluppo sostenibile, con conseguente scarsità d'acqua per 4 miliardi di persone. Le attuali tecnologie di purificazione dell'acqua possono trarre vantaggio dallo sviluppo di membrane con pori specializzati che imitano proteine ​​biologiche altamente efficienti e selettive per l'acqua.

"Abbiamo scoperto che i nanotubi di carbonio con diametri inferiori a un nanometro hanno una caratteristica strutturale chiave che consente un trasporto migliore. Lo stretto canale idrofobo costringe l'acqua a traslocare in una disposizione a file singolo, un fenomeno simile a quello riscontrato nei più efficienti trasportatori d'acqua biologici, " disse Ramya Tunuguntla, un ricercatore post-dottorato LLNL e coautore del manoscritto apparso nell'edizione del 24 agosto di Scienza .

Simulazioni al computer e studi sperimentali del trasporto dell'acqua attraverso CNT con diametri maggiori di 1 nm hanno mostrato un flusso d'acqua migliorato, ma non corrispondeva all'efficienza di trasporto delle proteine ​​biologiche e non separava il sale in modo efficiente, soprattutto a salinità più elevate. La svolta chiave raggiunta dal team LLNL è stata l'utilizzo di nanotubi di diametro inferiore che fornissero l'aumento richiesto delle prestazioni.

"Questi studi hanno rivelato i dettagli del meccanismo di trasporto dell'acqua e hanno dimostrato che la manipolazione razionale di questi parametri può migliorare l'efficienza dei pori, " disse Meni Wanunu, un professore di fisica alla Northeastern University e coautore dello studio.

"I nanotubi di carbonio sono una piattaforma unica per lo studio del trasporto molecolare e della nanofluidica, " ha detto Alex Noy, Investigatore principale LLNL sul progetto CNT e autore senior sull'articolo. "La loro dimensione sub-nanometrica, superfici atomicamente lisce e la somiglianza con i canali di trasporto dell'acqua cellulare li rendono eccezionalmente adatti a questo scopo, ed è molto eccitante realizzare un canale d'acqua sintetico che funzioni meglio di quello della natura."

Questa scoperta degli scienziati dell'LLNL e dei loro colleghi ha chiare implicazioni per la prossima generazione di tecnologie di purificazione dell'acqua e stimolerà un rinnovato interesse per lo sviluppo della prossima generazione di membrane ad alto flusso.