Фильтрация воды на основе нанотехнологий

Причину заполнения углеродных нанотрубок водой обнаружили и описали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences ученые из Калифорнийского университета.

Углеродные нанотрубки - это трубчатые структуры из атомов углерода. Хиральность трубок показывает отсутствие симметрии правой и левой стороны. Их самопроизвольное заполнение водой наблюдалось и на практике, и при компьютерном моделировании. Но до открытия, сделанного калифорнийскими учеными, неизвестной оставалась причина этого явления.

Во время своего исследования ученые создали компьютерную модель нанотрубок, взаимодействующих с молекулами воды. Диаметр углеродных нанотрубок находился в пределах от 0,8 до 2,7 нанометра. Они установили, что физика процесса находится в прямой зависимости от их диаметра.

В трубках с наименьшим диаметром (0,81,0 нанометров) молекулы воды выстраиваются в ряд, при этом их поведение напоминает газообразное состояние. Энергетически такое состояние менее выгодно, но оно более выигрышно с точки зрения термодинамической энтропии. В термодинамике термин «энтропия» указывает расположение молекул вещества и используется для описания величины хаотичности в любой системе. Самая низкая энтропия в твердых телах, у которых кристаллическая решетка. Энтропия увеличивается, когда при нагревании тело переходит вначале в жидкое, а затем в газообразное состояние. Это объясняется тем, что увеличивается колебание молекул и, как следствие, их положение становится случайным (хаотичным). При наибольшем диаметре трубок (от 1,4 до 2,7 нанометра) вода ведет себя как жидкость, но энтропия оказывается больше.

При среднем диаметре трубок (от 1,0 до 1,4 нанометра) вода внутри углеродной нанотрубки по своим свойствам становится похожей на лед.

На основе проведенных исследований возможно создание наносистемы для транспортировки жидкости, например, чтобы получить экологический фильтр для воды.

Источник: ecofriendly.ru