I en världsnyhet, ett internationellt forskarlag, leds av Monash University och ANSTO, har skapat ett ultratunt poröst membran för att helt separera potentiellt skadliga joner, som bly och kvicksilver, från vatten.

Denna innovation kan förbättra avsaltningsprocessen och förvandla det smutsigaste vattnet till något drickbart för miljontals människor över hela världen. Membranet fungerade stadigt i mer än 750 timmar med begränsad energi. Den skulle också kunna tillverkas i global skala, i väntan på ytterligare tester.

Forskare utvecklade för första gången vattenstabila monolager aluminium tetra-(4-karboxifenyl) porfyrin ramverk (kallade AI-MOFs) nanoark, och visade deras nära perfektion som byggmaterial för membran i jonseparation från vatten.

Dessa Al-MOFs nanoark, exfolierad till bara en nanoskala i tjocklek, kan hjälpa till att avlägsna skadliga cancerframkallande ämnen från atmosfären genom att skapa mycket porösa membran för att underlätta separationsprocesserna av gaser och organiska lösningsmedel, såsom färg.

Resultat från studien publiceras i Vetenskapens framsteg .

Studien leddes av professor Xiwang Zhang, Forskare vid institutionen för kemiteknik vid Monash University och chefen för ARC Research Hub för energieffektiv separation, och Dr Qinfen Gu, Huvudforskare vid ANSTOs Australian Synchrotron.

"På grund av den rika porositeten och den enhetliga porstorleken, Metal Organic Frameworks (MOF) erbjuder betydande fördelar jämfört med andra material för den exakta och snabba membranseparationen, " sa professor Zhang.

"Dock, det är fortfarande en skrämmande utmaning att tillverka ultratunna MOF-membran (mindre än 100 nanometer) för vattenrelaterad bearbetning, eftersom de flesta rapporterade MOF-membranen vanligtvis är tjocka och lider av otillräcklig hydrolytisk stabilitet.

"I denna världsförsta studie, vi kunde använda dessa ultratunna Al-MOF för att skapa ett membran som är permeabelt för vatten samtidigt som vi uppnår maximal porositet med nästan 100 procent avstötning av joner. Denna studie visar lovande för den framtida tillämpningen av detta membran till andra filtreringsprocesser, såsom gasseparering."

Polymerer är de överlägset mest utbredda membranmaterialen, till stor del på grund av deras enkla bearbetbarhet och låga kostnad, antyder studien.

Dock, traditionella polymermembran för jonseparation från vatten innehåller vanligtvis ett tätt selektivt skikt, leder till begränsad selektivitet. I kontrast, nanoporösa membran, där enhetliga nanoporer fungerar som siktningsrollen, kan övervinna denna begränsning.

Denna genombrottsstudie bekräftar att de inneboende nanoporerna i Al-MOFs nanoskivor underlättar jon/vattenseparationen genom att skapa vertikalt inriktade kanaler som den huvudsakliga transportvägen för vattenmolekyler, och möjliggjordes av Australian Synchrotrons unika förmåga att analysera material på molekylär nivå.

"Vi använder ett instrument som kallas Powder Diffraction beamline vid ANSTOs australiensiska synkrotron, att förstå skillnaden mellan molekylstrukturen hos nanoarkprover, och prover vid olika temperaturer, för att testa vattenreningsprestanda, " sa doktor Gu.

"Tekniken, kallas på plats, högtemperaturpulverröntgendiffraktionskarakterisering, genomfördes på nanobladen, och under processen fanns det inga uppenbara variationer i proverna vid ökande temperatur, visar deras robusthet."