Il grafene aiuterà a depurare anche l'acqua del mare?

acqua grafene

Tra le sue diverse proprietà, il grafene si è dimostrato un materiale con un'estrema sintonia con l'acqua. Proprietà che, almeno fino ad ora, era rimasta un mistero. Fino ad oggi, infatti, il grafene era noto per essere un idrofobo. Tuttavia, secondo un recente studio, la vasta rete capillare alla base del grafene riesce ad aspirare il liquido vigorosamente, consentendo una rapida permeazione, ossia il raggiungimento del livello dell'acqua allo stesso spessore del grafene.

Questa struttura, contraddittoriamente bizzarra, ha attirato l'attenzione sia del mondo accademico che dell'industria specializzata con l'intento di sviluppare nuove tecnologie di filtrazione dell'acqua come anche la sua desalinizzazione.

Il grafene è una lamina di carbonio dello spessore di un atomo, in cui gli atomi stessi sono disposti in un reticolo a nido d'ape. L'ossido di grafene è come il grafene ordinario, ma è ricoperto di molecole disposte a gruppi idrossili. I fogli di ossido di grafene possono essere facilmente impilati uno sopra l'altro per formare membrane estremamente sottili, ma meccanicamente resistenti. E tali membrane sono costituite da milioni di piccole scaglie di ossido di grafene con canali vuoti di dimensioni nanometriche (o capillari, appunto). Questo processo in multistrato (una struttura simile alla madreperla) è meccanicamente resistente.

In uno studio del 2012, i ricercatori della University of Manchester hanno scoperto che le membrane sottili ottenute da tali laminati sono impermeabili a tutti i gas e ai vapori, tranne all'acqua. Ad esempio, l'elio è il gas più difficile da bloccare, ma non può passare attraverso le membrane di grafene. L'acqua è arginabile. Lo stesso team di ricercatori, guidati dal dottor Rahul Nair, ha condotto un nuovo studio per analizzare quanto e come funzionano le membrane di grafene come filtri per l'acqua allo stato liquido. E il loro studio è stato pubblicato sul numero di Science.

I risultati mostrano che, se i laminati sono immersi in acqua, si gonfiano ma permettono ancora un flusso ultraveloce dell'acqua. I laminati consentiranno di filtrare i sali con una dimensione inferiore a un miliardesimo di metro, e permetteranno all'acqua di passare. Gli ioni più grandi, al contrario, verranno bloccati. Una maglia sorprendentemente accurata, dunque, che permette ai filtri in grafene di distinguere tra specie atomiche.

grafene acqua

Non solo questa separazione si è dimostrata molto precisa, ma è anche ultraveloce. Gli ioni che sono in grado di fluire, lo fanno con più velocità, un po' come accade con i filtri di caffè. Questo effetto ultraveloce è dovuto a una proprietà chiamata "spugnatura di ioni". "La filtrazione dell'acqua è più veloce e precisa. Ora vogliamo controllare la dimensione delle maglie di grafene e ridurle ulteriormente per filtrare anche le molecole più piccole, come i sali nell'acqua di mare. Il nostro lavoro dimostra che è possibile", spiega il dottor Nair.

Insomma, se il sistema dovesse dimostrarsi tecnicamente accessibile, l'obiettivo finale potrebbe essere quello di realizzare un dispositivo di filtrazione in grado di permettere di avere un bicchiere di acqua potabile a base di acqua di mare dopo soli pochi minuti di pompaggio a mano. Un vero traguardo, soprattutto nei paesi dove l'acqua scarseggia o dove sono lunghi i periodi di siccità.

Federica Vitale

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