Grafenoxid har hyllats som ett verkligt underverk; när det ingår i nanocellulosaskum, det labbskapade ämnet är lätt, stark och flexibel, leder värme och el snabbt och effektivt.

Nu, ett team av ingenjörer vid Washington University i St. Louis har hittat ett sätt att använda grafenoxidark för att omvandla smutsigt vatten till dricksvatten, och det kan vara en global spelväxlare.

"Vi hoppas att för länder där det finns gott om solljus, som Indien, du kommer att kunna ta lite smutsigt vatten, indunsta det med vårt material, och samla färskvatten, "sa Srikanth Singamaneni, docent i maskinteknik och materialvetenskap vid Högskolan för teknik och tillämpad vetenskap.

Det nya tillvägagångssättet kombinerar bakterieproducerad cellulosa och grafenoxid för att bilda ett bioskum i två lager. Ett papper med detaljer om forskningen finns tillgängligt online i Avancerade material .

"Processen är extremt enkel, "Singamaneni sa. "Det fina är att cellulosafibernätverket i nanoskala som produceras av bakterier har utmärkt förmåga att flytta vattnet från huvuddelen till den förångande ytan samtidigt som den minimerar värmen som kommer ner, och det hela produceras i ett skott.

"Materialets design är ny här, ", sa Singamaneni. "Du har en tvåskiktsstruktur med ljusabsorberande grafenoxidfylld nanocellulosa överst och ren nanocellulosa längst ner. När du hänger av det hela på vatten, vattnet kan faktiskt nå den övre ytan där avdunstning sker.

"Ljus strålar ovanpå den, och det omvandlas till värme på grund av grafenoxiden - men värmeavledningen till bulkvattnet under minimeras av det orörda nanocellulosaskiktet. Du vill inte slösa bort värmen; du vill begränsa värmen till det översta lagret där förångningen faktiskt sker."

Cellulosan i botten av bioskummet med två lager fungerar som en svamp, drar vatten upp till grafenoxiden där snabb avdunstning sker. Det resulterande färskvattnet kan lätt samlas upp från toppen av arket.

Processen där bioskummet med två skikt faktiskt bildas är också nytt. På samma sätt gör ett ostron en pärla, bakterierna bildar lager av nanocellulosafibrer i vilka grafenoxidflingorna bäddas in.

"Medan vi odlar bakterierna för cellulosan, vi lade till grafenoxidflingorna i själva mediet, sa Qisheng Jiang, huvudförfattare till tidningen och en doktorand i Singamaneni -labbet.

"Grafenoxiden blir inbäddad när bakterierna producerar cellulosan. Vid en viss tidpunkt under processen, vi slutar, ta bort mediet med grafenoxiden och återinför färskt medium. Det ger nästa lager av vårt skum. Gränssnittet är mycket starkt; mekaniskt, det är ganska robust. "

Det nya bioskummet är också extremt lätt och billigt att tillverka, vilket gör det till ett livskraftigt verktyg för vattenrening och avsaltning.

"Cellulosa kan produceras i massiv skala, "Singamaneni sa, "och grafenoxid är extremt billigt - människor kan producera ton, verkligen massor, av det. Båda materialen som ingår i detta är mycket skalbara. Så man kan tänka sig att göra stora ark av bioskummet. "

"Egenskaperna hos detta skummaterial som vi syntetiserade har egenskaper som förbättrar solenergiskörd. Alltså, det är mer effektivt för att rensa upp vatten, "sa Pratim Biswas, Lucy och Stanley Lopata professor och ordförande för institutionen för energi, Miljö- och kemiteknik.

"Syntesprocessen tillåter också tillsats av andra nanostrukturerade material till skummet som kommer att öka destruktionshastigheten för bakterierna och andra föroreningar, och gör det säkert att dricka. Vi kommer också att utforska andra tillämpningar för dessa nya strukturer."