Группа исследователей из Великобритании и США разработала фильтр для воды на основе минеральной ваты, покрытой нанотрубками. Ученые утверждают, что фильтр задерживает более 99 процентов ионов тяжелых металлов. При этом, после насыщения материал можно использовать повторно, очистив его с помощью обычного уксуса. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports. Из-за неправильной утилизации электроники и батарей, промышленных отходов и других факторов в водоемы и подземные воды попадают токсичные для людей вещества, такие как тяжелые металлы. Особенно остро эта проблема стоит в развивающихся странах. Поэтому ученые решили разработать эффективный и удобный в использовании материал для очистки воды. За основу материала они взяли минеральную вату из кварца. На ней они выращивали многослойные углеродные нанотрубки, которые затем эпоксидировали с помощью м-хлорнадбензойной кислоты. Именно за счет эпоксидирования нанотрубки получили адсорбирующие свойства, то есть смогли захватывать ионы тяжелых металлов. Ученые проверили фильтрующие свойства своего материала с помощью растворов с ионами шести тяжелых металлов: Cd. Таким фильтром они смогли очистить пять литров воды за минуту, а промыть его для повторного использования за полторы минуты. Результаты показали, что 1 грамм материала может захватывать до миллиграмма ионов металлов. Также исследователи решили оценить, насколько полезным будет такой фильтр в реальных условиях. Для моделирования они выбрали реку Koekemoerspruit в Южной Африке, в которой значительно превышена концентрация металлов. Теоретический расчет показал, что один грамм материала может снизить концентрацию тяжелых металлов в 83 тысячах литров воды до предельно допустимого по стандартам. Исходя из минимальной суточной потребности в воде, оцениваемой в 7,5 литров, этого объема достаточно, чтобы в течение суток обеспечивать чистой водой 11 тысяч человек. Помимо нанотрубок, ученые используют и другие наноразмерные формы углерода для фильтрации воды. К примеру, недавно для этого использовали одноатомные листы графена, который, как ни странно, оказался рекордно прочным и смог выдержать давление в атмосфер. Впрочем, таким фильтром удалось очистить воду только от соли, а другие исследователи разработали материал , который может очищать воду от органических, неорганических, радиоактивных и бактериологических примесей. Сплав галлия и индия защитил батарейку от водяного пара, кислорода и этанола. Китайские материаловеды предложили запаивать литий-ионные аккумуляторы в гибких электронных устройствах жидким металлом. Жидкий сплав галлия и индия позволил изолировать ячейку от кислорода, водяного пара и этанола, не испортив при этом ее электрохимических свойств. Такая батарейка сохранила больше 70 процентов емкости после циклов зарядки и разрядки и не потеряла свойств при деформации, пишут авторы статьи в Science. Чтобы аккумулятор работал достаточно долго, его функциональные компоненты: электроды и электролит — должны быть максимально изолированы от внешней среды. Тогда внутрь ячейки не будут попадать молекулы газов, в частности воды и кислорода, — и это позволит избежать окисления материалов и падения емкости батареи. Обычно в аккумуляторах для изоляции электрохимической ячейки используют металлы, такие как алюминий. Однако для гибких электронных устройствах, которые должны легко растягиваться и скручиваться, металлы с огромным модулем Юнга порядка паскаль не годятся, и батарейки в них обычно изолируют эластомерами — упругими полимерными материалами. Эластомеры гибкие, но у них обратная проблема: между подвижными полимерными цепочками образуются довольно крупные поры, через которые внутрь электрохимической ячейки свободнее проникают молекулы газов, из-за чего у батарейки быстрее падает емкость. В качестве компромиссного варианта материаловеды предлагают использовать комбинации из эластомеров и металлов, но пока совместить достаточную герметичность батарейки с гибкостью не удается. Китайские материаловеды под руководством Дэна Тао Deng Tao из Шанхайского университета Цзяотун предложили решить проблему герметичности аккумуляторной ячейки, запечатывая соединения вместо полимера жидким металлом. Поскольку у жидких металлов нет кристаллической структуры, они могут растягиваться и их эффективный модуль Юнга на несколько порядков ниже, чем даже у полимерных материалов. Из-за этого их довольно часто используют в гибкой электронике в других целях: для термостатирования, охлаждения или в качестве элементов электрических цепей. При этом, как и у твердых металлов в обычных аккумуляторах, у жидкометаллических сплавов очень маленькая пористость и они почти непроницаемы для молекул газов. Проницаемость для воды, как минимум, на два порядка меньше, чем у полимерных материалов, а для кислорода — минимум, на шесть порядков, и соизмерима с проницаемостью у твердых металлов. Чтобы проверить свою идею, исследователи взяли эвтектический сплав галлия и индия, которым запаяли гибкий литий-ионный аккумулятор. Аккумулятор состоял из трех слоев: снизу — гибкая подложка из полидиметилсилоксана, в середине — сама ячейка с оксид-марганцевым катодом, титанат-фосфатным анодом и водным электролитом, а сверху — еще одна пластина из полидиметилсилоксана. Нижняя и верхняя пластины были также покрыты стеклянными шариками, которые работали спейсерами и не давали слоям склеиться. Соединив три слоя между собой и изолировав электроды для предотвращения короткого замыкания, авторы затем заполнили пространство между гибкими пластинами жидким металлом — и получили готовый гибкий аккумулятор. По своим механическим свойствам он не отличался от такой же ячейки без жидкометаллического запаивания то есть эффективный модуль Юнга изолирующего слоя оказался нулевым, и на поведение батарейки при деформации он не влиял. Чтобы убедиться, что и проницаемость для газа у жидкометаллического слоя низкая, ученые измерили электрохимические параметры аккумулятора после многократных циклов зарядки и разрядки. Оказалось, что без дополнительной механической нагрузки такой аккумулятор сохраняет около 90 процентов емкости после циклов и примерно 72,5 процента — после циклов. Измеренное падение емкости авторы связали с побочными реакциями внутри аккумулятора, а возможное влияние кислорода и водяного пара по сравнению в ними оказалось пренебрежимо малым. Кроме того, авторы проверили, как такая батарейка будет работать при деформации. Оказалось, что никакого измеримого влияния на емкость ни оказывают ни растяжение до 20 процентов , ни изгиб на углы до 60 градусов , ни скручивание на углы до 90 градусов , ни комбинация этих видов деформаций. Авторы работы предполагают, что такие гибкие аккумуляторы можно будет использовать в том числе для создания гибких теплообменных устройств. Поэтому дополнительно ученые показали, что жидкометаллический изоляционный слой непроницаем еще и для этанола — рабочей жидкости в таких устройствах — и эффективно работает при нагревании. Ученые отмечают, что жидкометаллические сплавы также перспективны в качестве барьерных материалов и для беспроводной носимой электроники. Жидкометаллические сплавы материаловеды предлагают использовать не только для вспомогательных компонентов электронных устройств, но и в качестве их функциональных частей. Например, американские ученые собрали аккумулятор, в котором анод сделан из сплава натрия с калием, а катод — из жидких сплавов на основе галлия. А китайские химики — предложили делать из жидкого металла проводящие элементы гибких устройств. И выбросил два маленьких лунохода. На фото можно будет взглянуть в XXXI веке. Сверхмощная солнечная вспышка позволила датировать неолитическое поселение с высокой точностью. Избыточный радиоуглерод нашли в древесине из памятника VI тысячелетия до нашей эры. Недоношенный ребенок из гроба епископа Винструпа оказался сыном его дочери. Генетики определили это, уточнив последовательности их ДНК. Археологи изготовили каменные топоры и порубили ими деревья. Эксперименты помогут разобраться с функциями древних артефактов. На затонувшем корабле «Эребус» нашли сундук с пистолетами. И удочку с латунной катушкой. Продолжительность жизни собак связали с породой и формой головы. А также с полом и размером тела. Зоологи впервые встретили новорожденную белую акулу. Ее сняли с дрона у побережья Калифорнии. Омикрон оказался самым устойчивым во внешней среде вариантом коронавируса. Первый полет экспериментального самолета запланирован в этом году. Она вращается вокруг солнцеподобной звезды. Биологи помешали тиграм из зоопарка ходить туда-сюда. Тигры ходили туда-сюда не так часто, если не могли видеть друг друга. Снижение уровня стресса вернуло цвет седым волосам. Археологи свили веревки по палеолитической технологии. Им помогла реплика тысячелетнего выпрямителя. TESS отыскал горячую суперземлю с гигантским железным ядром. Год на ней длится меньше суток. Растущего робота научили обвиваться вокруг предметов. И расти в направлении источника света. Падение уровня грунтовых вод ускорилось в трети мировых водоносных горизонтов. Но в каждом шестом уровень воды даже вырос. Геоархеологи отследили миграцию исчезнувшего нильского рукава на восток от плато Гиза. В его пойме в эпоху пирамид египтяне устроили водоем с гаванью. Движение газа вокруг сверхмассивной черной дыры в далеком квазаре помогло измерить ее массу. Наблюдения вел интерферометр VLTI. Нанотрубки на минеральной вате помогут очистить воду от тяжелых металлов Григорий Копиев. Нашли опечатку? Жидкий металл герметично запечатал гибкий аккумулятор. Александр Дубов. Читать дальше.

Psilocybe в Минеральном Воде

Купить Кокс Карловы Вары Кокс Карловы Вары

В школах Оренбурга справляются с проблемами в морозы

Купить закладки лирика в Чехов-8

Psilocybe в Минеральном Воде

Psilocybe в Минеральном Воде

В школах Оренбурга справляются с проблемами в морозы

Стоковые фотографии по запросу Минеральное волокно

Нанотрубки на минеральной вате помогут очистить воду от тяжелых металлов

Бутилированная вода сделала зеленый чай полезнее

В школах Оренбурга справляются с проблемами в морозы

Report Page