En mikroskopbild av membranet efter filtreringen. Guldpartiklarna är väl dispergerade. Upphovsman:John Wiley and Sons
(Phys.org) - Ett membran som består av polymerfibrer och proteiner gör ett nytt filter för små, nanoskalade partiklar i vattenhaltiga lösningar. Resultatet av en sådan forskning, vilket gjordes av professor Mady Elbahri och hans team från Institute of Material Science vid Kiel University (KU) och Institute of Polymer Research vid Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), har nyligen publicerats som omslagsartikel i det aktuella numret av Avancerade funktionella material .
En Nanofluid, vilket innebär en kolloidal suspension av t.ex. metall nanopartiklar i vatten, passerar lätt genom vanligt använda makroporösa polymermembraner. Partiklarna är för små för att kunna hållas med håldiametrar mellan tre och fyra mikrometer. Dessutom, partiklarna skulle blockera mindre silöppningar snabbt. Därav, tryck skulle vara nödvändigt för att filtrera bort vätskan.
Grafiken visar ett membran som består av polymerfibrer (rött och svart) med proteiner (blått) som har aktiverat deras förmåga att fånga alla metallnanopartiklar. När Nanofluiden med metallpartiklar (upptill) passerar genom silen, proteinerna håller partiklarna. I slutet, det finns en vätska som är fri från partiklar. Upphovsman:John Wiley and Sons
För att lösa dessa problem, Elbahri och hans team biofunktionaliserade sitt membran och tillsatte ett kommersiellt tillgängligt protein till fibrerna. "Vi fick reda på att proteinet genomgår en konformationsförändring under vatten, och dess förmåga att fånga alla metallnanopartiklar under filtreringsprocessen aktiveras ", förklarar Elbahri. "Detta är ett genombrott", tillägger medförfattaren Dr Shahin Homaeigohar. "Samma princip kommer förhoppningsvis att göra det möjligt för oss, att filtrera biomolekyler och organismer ur avloppsvatten. "
Från filtrering till solvärme
När nanosilen fångar metallpartiklar som guld, en annan ansökan är till hands, eftersom, ingen annan metod har lyckats sprida partiklarna så bra. "Detta resultat var oväntat", säger Elbahri. "Under torra förhållanden, membranet visar metallens färg, i detta fall den röda av guld -nanopartiklarna. "När membranet blir blött, det blir svart. "Sedan, den fungerar som en perfekt rund absorberare i alla riktningar, som kan användas som solabsorberare. "Elbahri tillägger:" Vi överbryggar verkligen klyftorna mellan flera discipliner, kemi, fysik, biovetenskap och materialvetenskap, dvs. och gruppen för nanokemi och nanoteknik har nu initierat det första steget mot nanovetenskapens intradisciplinaritet. "
Nanofluiden med guldpartiklar (vänster) och lösningen filtreras (höger). Alla metallbitar filtreras bort. Upphovsman:CAU, Foto:Claudia Eulitz
Ansökan som virus och biofilter
Nanosilen tillåter filtrering av mycket små partiklar eller biomolekyler och organismer som virus ur vatten. De inblandade forskarna har redan patenterat sin innovation, en bio-nano-komposit, i Europa. Ytterligare ett patent för USA är på väg. Förutom dess tillämpning i vattenfiltrering, nanosilen visar stora möjligheter som solabsorberare och som katalysator. "Allt som allt, resultatet är ett genombrott mot utformningen av en operativ filtreringsprocess, som en ny väg för tillverkning av funktionella material, och erbjuder kommersiellt attraktiva effektivitet till en låg kostnad ", säger Elbahri.
