Australiska forskare har designat ett snabbt nanofilter som kan rengöra smutsigt vatten över 100 gånger snabbare än nuvarande teknik.

Enkel att göra och enkel att skala upp, Tekniken utnyttjar naturligt förekommande nanostrukturer som växer på flytande metaller.

Forskarna från RMIT University och University of New South Wales (UNSW) bakom innovationen har visat att den kan filtrera både tungmetaller och oljor från vatten med extraordinär hastighet.

RMIT-forskaren Dr. Ali Zavabeti sa att vattenförorening fortfarande är en betydande utmaning globalt – 1 av 9 personer har inget rent vatten nära hemmet.

"Tungmetallkontamination orsakar allvarliga hälsoproblem och barn är särskilt utsatta, sa Zavabeti.

"Vårt nya nanofilter är hållbart, miljövänlig, skalbar och låg kostnad.

"Vi har visat att det fungerar för att ta bort bly och olja från vatten, men vi vet också att det har potential att rikta in sig på andra vanliga föroreningar.

"Tidigare forskning har redan visat att materialen vi använde är effektiva för att absorbera föroreningar som kvicksilver, sulfater och fosfater.

"Med vidareutveckling och kommersiellt stöd, detta nya nanofilter kan vara en billig och ultrasnabb lösning på problemet med smutsigt vatten."

Den flytande metallkemiprocessen som utvecklats av forskarna har potentiella tillämpningar inom en rad industrier inklusive elektronik, membran, optik och katalys.

"Tekniken är potentiellt av betydande industriellt värde, eftersom det lätt kan uppgraderas, den flytande metallen kan återanvändas, och processen kräver endast korta reaktionstider och låga temperaturer, sa Zavabeti.

Projektledare professor Kourosh Kalantar-zadeh, Hedersprofessor vid RMIT, Australian Research Council Laureate Fellow och professor i kemiteknik vid UNSW, sade att den flytande metallkemin som användes i processen gjorde det möjligt att odla olika formade nanostrukturer, antingen som atomärt tunna ark som används för nanofiltret eller som nanofibrösa strukturer.

"Att odla dessa material på konventionellt sätt är energikrävande, kräver höga temperaturer, långa handläggningstider och använder giftiga metaller. Flytande metallkemi undviker alla dessa problem så det är ett enastående alternativ."

Hur det fungerar

Den banbrytande tekniken är hållbar, miljövänlig, skalbar och låg kostnad.

Forskarna skapade en legering genom att kombinera galliumbaserade flytande metaller med aluminium.

När denna legering utsätts för vatten, nanotunna ark av aluminiumoxidföreningar växer naturligt på ytan.

Dessa atomärt tunna lager—100, 000 gånger tunnare än ett människohår – stapla om på ett skrynkligt sätt, vilket gör dem mycket porösa.

Detta gör att vatten kan passera snabbt samtidigt som aluminiumoxidföreningarna absorberar föroreningarna.

Experiment visade att nanofiltret tillverkat av staplade atomärt tunna ark var effektivt för att ta bort bly från vatten som hade förorenats vid över 13 gånger säkra dricksnivåer, och var mycket effektiv för att separera olja från vatten.

Processen genererar inget avfall och kräver bara aluminium och vatten, med de flytande metallerna som återanvänds för varje ny sats av nanostrukturer.

Metoden som utvecklats av forskarna kan användas för att odla nanostrukturerade material som ultratunna ark och även som nanofibrer.

Dessa olika former har olika egenskaper - de ultratunna arken som används i nanofilterexperimenten har hög mekanisk styvhet, medan nanofibrerna är mycket genomskinliga.

Förmågan att odla material med olika egenskaper ger möjligheter att skräddarsy formerna för att förbättra deras olika egenskaper för applikationer inom elektronik, membran, optik och katalys.

Forskningen finansieras av Australian Research Council Center for Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET).

Resultaten publiceras i tidskriften Avancerade funktionella material .