|
Во всемирно известной сети распределенных вычислений World Community Grid при поддержке IBM запустили новый проект — Computing for Clean Water (в переводе с англ. «Вычисления для чистой воды»), который посвящен исследованиям процессов очистки воды в наноматериалах.
Проект поддерживается Центром нано- и микромеханики (англ. Centre for Nano and Micro Mechanics — CNMM) Университета Цинхуа (Tsinghua University). Университет Цинхуа считается лучшим вузом Китая, а в международном рейтинге The QS World University Rankings находится на 49-й позиции.
Целью нового проекта является исследование молекулярных механизмов прохождения воды через углеводородные нанотрубки - молекулярные структуры, напоминающие соломинки, из листов углерода толщиной в долю нанометра(10-9 м).
Во всем мире более 1,2 млрд. людей не имеют доступа к чистой питьевой воде, а 2,6 млрд. не имеют в жилищах канализации. Каждый день в среднем умирает 3900 детей, отравившихся грязной водой.
Проблема усугубляется относительной дороговизной технологий фильтрации загрязненной воды, особенно для социально незащищенных слоев населения. Опреснение морской воды — еще менее доступная вещь, хотя потенциально способная решить проблему с питьевой водой во многих регионах. Нанотехнологии могут поспособствовать решению данной проблемы.
К сожалению, главным недостатком является критически малый диаметр нанотрубок, не позволяющий пропускать большое количество молекул воды. В результате фильтрация через нанотрубки требует больших давлений, а значит и дорогостоящего оборудования.
В 2005 году Университетом Кентукки, США были опубликованы результаты экспериментов с фильтром на основе мембраны из множества углеродных нанотрубок, которые выстроены в одном направлении, наподобие щетины щетки, и закреплены в водонепроницаемом материале.
Углеродных нанотрубки выращивают на кремниевой поверхности при помощи углеродсодержащих паров с использованием никеля в качестве катализатора. Затем на готовые нанотрубки наносят тонкую пленку нитрида кремния - изоляционного материала, напоминающего стекло. Потом кремниевая основа стравливается химическим веществом, не реагирующим ни с нитридом кремния, ни с нанотрубками. По окончании процесса мембрану помещают в вакуумную камеру и удаляют закрытые концы углеродных трубок, открывая нанопоры.
При использовании углеводородных нанотрубок резкое увеличение гидравлического сопротивления не происходит (вероятно за счет слоя воды, прилегающего к поверхности углеродной трубки, который обуславливает уменьшение трения) и скорость прохождения воды значительно не снижается (в 1000 - 10 000 раз выше теоретической).
С помощью проекта Computing for Clean Water исследователи надеются решить масштабные вычислительные задачи, а именно — провести всестороннее молекулярное моделирование динамики движения и взаимодействия молекул воды с нанотрубками.
Компьютерное моделирование поможет, в частности, внести ясность в вопрос о необычном поведении молекул воды при контакте с нанотрубками, когда вода начинает вести себя как лед. Разобравшись с этой проблемой, можно добиться минимального сопротивления молекул воды при прохождении через нанотрубки и другие нанопористые материалы, и, таким образом, — увеличить скорость очистки воды. Также в планах китайских специалистов значится определение наилучших условий использования наноматериалов при опреснении морской воды.
Доклад "Трение скольжения воды в углеродных нанотрубках" был опубликован в журнале Physical Rewiew E в марте 2011 года.
Источник: World Community Grid; https://prostonauka.com
Проект поддерживается Центром нано- и микромеханики (англ. Centre for Nano and Micro Mechanics — CNMM) Университета Цинхуа (Tsinghua University). Университет Цинхуа считается лучшим вузом Китая, а в международном рейтинге The QS World University Rankings находится на 49-й позиции.
Целью нового проекта является исследование молекулярных механизмов прохождения воды через углеводородные нанотрубки - молекулярные структуры, напоминающие соломинки, из листов углерода толщиной в долю нанометра(10-9 м).
Во всем мире более 1,2 млрд. людей не имеют доступа к чистой питьевой воде, а 2,6 млрд. не имеют в жилищах канализации. Каждый день в среднем умирает 3900 детей, отравившихся грязной водой.
Проблема усугубляется относительной дороговизной технологий фильтрации загрязненной воды, особенно для социально незащищенных слоев населения. Опреснение морской воды — еще менее доступная вещь, хотя потенциально способная решить проблему с питьевой водой во многих регионах. Нанотехнологии могут поспособствовать решению данной проблемы.
К сожалению, главным недостатком является критически малый диаметр нанотрубок, не позволяющий пропускать большое количество молекул воды. В результате фильтрация через нанотрубки требует больших давлений, а значит и дорогостоящего оборудования.
В 2005 году Университетом Кентукки, США были опубликованы результаты экспериментов с фильтром на основе мембраны из множества углеродных нанотрубок, которые выстроены в одном направлении, наподобие щетины щетки, и закреплены в водонепроницаемом материале.
Углеродных нанотрубки выращивают на кремниевой поверхности при помощи углеродсодержащих паров с использованием никеля в качестве катализатора. Затем на готовые нанотрубки наносят тонкую пленку нитрида кремния - изоляционного материала, напоминающего стекло. Потом кремниевая основа стравливается химическим веществом, не реагирующим ни с нитридом кремния, ни с нанотрубками. По окончании процесса мембрану помещают в вакуумную камеру и удаляют закрытые концы углеродных трубок, открывая нанопоры.
При использовании углеводородных нанотрубок резкое увеличение гидравлического сопротивления не происходит (вероятно за счет слоя воды, прилегающего к поверхности углеродной трубки, который обуславливает уменьшение трения) и скорость прохождения воды значительно не снижается (в 1000 - 10 000 раз выше теоретической).
С помощью проекта Computing for Clean Water исследователи надеются решить масштабные вычислительные задачи, а именно — провести всестороннее молекулярное моделирование динамики движения и взаимодействия молекул воды с нанотрубками.
Компьютерное моделирование поможет, в частности, внести ясность в вопрос о необычном поведении молекул воды при контакте с нанотрубками, когда вода начинает вести себя как лед. Разобравшись с этой проблемой, можно добиться минимального сопротивления молекул воды при прохождении через нанотрубки и другие нанопористые материалы, и, таким образом, — увеличить скорость очистки воды. Также в планах китайских специалистов значится определение наилучших условий использования наноматериалов при опреснении морской воды.
Доклад "Трение скольжения воды в углеродных нанотрубках" был опубликован в журнале Physical Rewiew E в марте 2011 года.
Источник: World Community Grid; https://prostonauka.com