Uppväxt i Kina på 1980-talet, Baoxia Mi insåg att vatten inte var något att ta för givet.

"När mina föräldrar var unga, det fanns många floder och små sjöar i området. Men när jag var barn, de flesta av de små sjöarna var torra, " sade civil- och miljöteknikprofessorn under en nyligen paus i Davis Hall, där hon installerar sitt nya labb. "Jag kände att miljön kontinuerligt försämrades med tiden när jag växte upp."

Den upplevelsen väckte Mi:s intresse för vatten och miljö – en resa som har lett henne från den lilla staden Zhengding i nordöstra Hebei-provinsen till – nu senast – Berkeleys campus, där hon banar väg för forskning på nya sätt att rena vatten och avloppsvatten.

Mi, som började på högskolefakulteten förra sommaren, utvecklar en ny typ av membran som skulle kunna överträffa dagens vattenfiltreringsteknik och förbruka mindre energi i processen. Hennes design är konstruerad av grafenoxid, ett kolbaserat material som är tillverkat av naturligt förekommande grafit, samma material som finns i pennor.

Grafen eller grafenoxid förespråkas ofta av forskare som att de har särskilt lovande för användning i en rad miljörelaterade tillämpningar, inklusive energilagring, produktion av vätebränsle och avlägsnande av luftföroreningar. Tillverkad av ett tunt lager kol, materialet är lätt men ändå starkt, och kan leda värme och el mycket bra. Det är också rikligt och billigt.

Mi säger att membran gjorda av grafen eller grafenoxid mer effektivt kan ta bort föroreningar från avloppsvatten - inklusive läkemedel, patogener och hormonstörande ämnen – än nuvarande metoder och kan användas för återanvändning av avloppsvatten, avsaltning av vatten och behandling av dagvatten.

Förr, forskare försökte göra avsaltningsmembran med grafitoxid. Men de här försöken misslyckades, Mi säger, på grund av materialets struktur och storlek. "Grafitisk oxid är en stor partikel som innehåller många lager av kol, så det resulterande membranet är tjockt, med en mycket låg vattenfiltreringshastighet", säger hon.

I kontrast, grafen och grafenoxid är tvådimensionella material, och 2D-strukturen gör det möjligt för forskare att stapla ark av grafenoxid tillsammans för att göra mycket tunna membran. Vatten kan flöda extremt snabbt mellan staplade ark av grafen, Mi tillägger, eftersom det är lite friktion från dess struktur. Att tillsätta syre till grafen förvandlar det till grafenoxid och öppnar upp mer utrymme i strukturen för vatten att strömma igenom, hon säger.

Det långvariga problemet med grafenoxidmembran har varit att tillsats av syre gör att grafen mer sannolikt löser sig i vatten.

Men när Mi kunde fästa en kemikalie på arken av grafenoxid för att "limma" ihop dem, membranet förblev intakt i vatten. Resultaten av det genombrottet publicerades i en akademisk tidskrift från 2013.

Att utveckla en ny applikation för grafenoxid är en kulmen på Mi:s nästan målmedvetna fokus på hur vattenfiltrerande membran fungerar – ett uppdrag som startade för över 15 år sedan under hennes sista år på college vid Tianjin University. Under det året, hon exponerades för membranfiltreringssystem för första gången när hon genomförde labbforskning med en professor.

Som doktorand vid University of Illinois-Urbana Champaign, hon avslutade sin studentkarriär med en avhandling om att använda membran för att ta bort arsenik. Sedan, efter en post-doc vid Yale (där hon fokuserade på framåt osmos) och tog på en fakultetstjänst vid George Washington University, hon anlände till University of Maryland, där hon först började sin forskning om grafenoxid.

Mi – som undervisade i en kurs på Berkeley förra terminen om framväxande teknologi för hållbarhet i vatten – beviljades patent på membranen 2015. Och även om företag har uttryckt intresse för att kommersialisera tekniken, hon säger att det måste testas i större skala först.

Fortfarande, Mi säger att hon tror att membranet skulle vara mycket attraktivt för myndigheter och industri, speciellt mitt i Kaliforniens långvariga torka. Det beror på att deras förmåga att vara mer energieffektiva och billigare gör dem potentiellt användbara vid avsaltning av havsvatten – ett tillvägagångssätt som har lyfts fram som en potentiell lösning för att öka statens vattenförsörjning, men anses idag vara i stort sett omöjligt på grund av de höga kostnaderna och energikrävande behoven hos avsaltningsanläggningar.

Mi tillägger att det finns en annan praktisk fördel med att använda grafenoxidmembran:eftersom de fungerar med en fysisk separationsprocess, de kan skalas upp till stora reningsverk eller ner till hushållsnivå, kopplad till en kran.

"Det är väldigt flexibelt, kompakt och lågt underhåll, " säger hon. "Vi jobbar verkligen hårt just nu för att få dem att arbeta för avsaltning."