Абадагы суу буусунан таза ичүүчү сууну эффективдүү түрдө алуу үчүн жаңы наноматериалды эл аралык илимий топ иштеп чыга алды.
Жер бетинде атмосферада асылып турган суунун көлөмү болжол менен 13 миллион гигалитрди түзөт. Бул Жердеги жалпы суунун кичинекей гана бөлүгү болгону менен, таза суунун чоң потенциалдуу булагы катары эсептелет.
«Биздин технология жетиштүү нымдуулук болгону менен таза ичүүчү сууга жетүү мүмкүнчүлүгү чектелүү аймактарда кеңири колдонулушу мүмкүн»,- деди изилдөөнү жетектегендердин бири Австралиядагы Жаңы Түштүк Уэльс университетинин (UNSW) Материалдар илими жана инженерия мектебинин профессору Ракеш Жоши (Rakesh Joshi).
“Бул – дүйнөдөгү эң курч көйгөйлөрдүн бири болгон таза сууга жетүү маселесине эл аралык, ар тармактуу кызматташтыктын канчалык практикалык чечимдерди алып келе аларын көрсөткөн мыкты мисал”, – деп кошумчалады изилдөөгө катышкан дагы бир окумуштуу, Нобель сыйлыгынын лауреаты, азыр Сингапур Улуттук университетинин профессору Константин Новоселов (Konstantin Novoselov).
Аталган биргелешкен аракетти жетектөөгө Австралиянын илимий изилдөөлөр кеңешинин көмүртек илими жана инновация боюнча борбору (ARC COE-CSI) катышкан.
Окумуштуулардын эл аралык тобу жарата алган наноматериал тууралуу жаңылыкты Австралиядагы Жаңы Түштүк Уэльс университети (UNSW) кабарлады.
Сиднейдеги университеттин маалыматында көргөзүлгөндөй, “бул наноматериал өзүнүн салмагынан үч эседен ашык көлөмдө сууну кармай алат жана муну учурдагы коммерциялык технологияларга салыштырмалуу кыйла ылдам ишке ашырат. Бул өзгөчөлүктөр аны абадан ичүүчү суу өндүрүүдө түздөн-түз колдонууга мүмкүнчүлүк берет”.
Абадан суу алуучу наноматериал кантип жаcалды?
Бул жаңы наноматериал жакшы изилденген графен оксидиннин негизинде жасалган. Ал абдан жука – болгону бир атомдун калыңдыгындай, жана кычкылтек камтыган бөлүкчөлөр менен жабдылган. Графен оксиди сууну жакшы сиңирет, башкача айтканда, анын бетине суу оңой жабышат.
Кальций да сууну жакшы сиңирүүчү касиетке ээ. Изилдөөчүлөр кальций иондорун (Ca²⁺) графен оксидинин ичине киргизип көрсө эмне чыгарын билгиси келишкен.
Илимпоздор натыйжада күтүлбөгөн жыйынтыкты алышкан.
Сууну жакшы сиңирген материалдар үчүн эң маанилүү касиеттердин бири – бул суу менен материалдын ортосунда күчтүү суутек байланышы болушу. Графен оксиди менен кальцийде мындай байланыш бар. Суутек байланышы канчалык күчтүү болсо, материал ошончолук көп сууну сиңире алат.
Бирок графен оксидине кальцийди кошкондо өзгөчө “сыйкыр” ишке ашат.
Кальций менен байытылган графен оксидинде суу сиңирүүнүн өзгөчө эффективдүүлүгүн камсыздаган нерсе – кальций менен кычкылтектин ортосундагы шайкештик жана өз ара аракеттенүү.
Изилдөө тобу аныктагандай, кальций графендеги кычкылтек менен өзгөчө түрдө байланышып, суу менен болгон суутек байланыштарынын күчүн мурдагыдан да жогорулатат. Бул – суунун материалга абдан бекем байланышын шарттайт.
“Биз суунун графен оксидине өзүнчө канча сиңгенин өлчөө менен X деген көрсөткүчтү алдык. Анан кальцийге өзүнчө сиңген сууну өлчөдүк – ал Y болду. Кийин кальций аралашкан графен оксидине канча суу сиңгенин карасак, X менен Yни кошкондон да көп болду. Башкача айтканда, 1+1=2 эмес, андан чоңураак сан болуп калды. Күтүлгөндөн да күчтүү суутек байланыштары – бул материалдын сууну өзгөчө деңгээлде сиңирүү жөндөмдүүлүгүнүн негизги себептеринин бири”,- дейт изилдөөнүн башкы автору, Жаңы Түштүк Уэльс университетинин (UNSW) Материалдар илими жана инженерия мектебинен Сяожун (Карлос) Рен (Xiaojun (Carlos) Ren).
Наноматериал жүндөн да жеңил
Изилдөөчүлөр материалдын сууну сиңирүү жөндөмүн андан ары күчөтүү үчүн дагы бир дизайн өзгөртүүнү киргизишти. Кальций кошулган графен оксидин аэрогель түрүндө жасашты. Аэрогель – дүйнөдөгү эң жеңил катуу заттардын бири.
Аэрогелдердин түзүмүндө микрондон нанометрге чейинки майда тешикчелер абдан көп болот, бул алардын беттик аянтын абдан чоңойтот. Ушул касиет аэрогель түрүндөгү бул материалга кадимки графен оксидине караганда сууну кыйла тез сиңирүүгө мүмкүндүк берет.
Аэрогель материалга суу соргуч (губка сымал) касиетти да берет, бул суунун кайра чыгып кетишин – башкача айтканда, десорбция процессин жеңилдетет.
“Бул системага керек болгон жалгыз энергия – сууну аэрогелден чыгарып алуу үчүн системаны 50 градуска чейин ысытуу үчүн керектелген кичине гана жылуулук,”- дейт изилдөөнүн дагы бир автору, профессор Дария Андреева (Daria Andreeva).
Суперкомпьютердин изилдөөдөгү күчү
Изилдөө Австралиянын Канберрадагы Улуттук эсептөө инфратүзүмүндөгү (NCI) суперкомпьютердин жардамы менен жүргүзгөн эксперименталдык жана теориялык иштерге негизделген.
Жаңы Англия Университетинин профессору Амир Картон (Amir Karton) эсептөө иштерин жетектеп, негизги механизмди түшүнүүгө маанилүү салым кошкон.
“Суперкомпьютерде жүргүзүлгөн моделдөө симуляциялары молекулалык деңгээлдеги татаал жана шайкеш аракеттерди түшүндүрдү. Бул түшүнүктөр азыр атмосфералык суу өндүрүү үчүн дагы эффективдүү системаларды иштеп чыгууга жардам берет. Натыйжада, бул Австралиянын аймактарында жана дүйнөнүн суу тартыштыгы бар региондорунда таза суунун жеткиликтүүлүгүнүн өсүп жаткан көйгөйү боюнча туруктуу чечимди сунуш кылат”, – дейт профессор Картон.
Чек арасыз илимдин натыйжасы
Жаңы Түштүк Уэльс университети белгилегендей, абадан суу алуучу наноматериалдын аныкталышы – “алдыда дагы өнүктүрүүнү талап кылган фундаменталдык гана илимий ачылыш”. Аталган технологияны кеңейтүү жана сыноо үчүн прототип түзүү максатында өнөр жай өкүлдөрү да долбоорго катышкан.
“Биз жасаган нерсе – нымдуулукту сиңирүү процессинин фундаменталдык илимин ачуу жана суутек байланышынын ролуна түшүнүк берүү болду. Бул билим таза ичүүчү сууга жеткиликтүүлүгү жок 2,2 миллиард адамдардын чоң бөлүгүнө жардам берет”, – дейт изилдөөнүн дагы бир автору, профессор Лиминг Дай ((Liming Dai)
Изилдөөнүн азыркы жыйынтыктары – Австралия, Кытай, Япония, Сингапур жана Индиянын илимий топтордун эл аралык кызматташуусунун натыйжасы.
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Графен оксиди (GO) – күчтүү кычкылдандыргычтар менен табигый графитти же көмүртек нано буласын химиялык кычкылдандыруу аркылуу алынган көмүртек негизиндеги наноматериал. Бул материал таза графенден мурда эле белгилүү болгон жана графенди алуудагы маанилүү баштапкы зат катары каралат. Графен оксиди сууга жана башка суюктукка оңой аралашат, ошондуктан аны иштетүү жеңил. Анда кычкылтек болгондуктан, графен оксиди электр өткөрбөйт, бирок химиялык жол менен графенге айландырса болот.
Кальций (Ca) жана Кальций иондору (Ca²⁺) – кальций өзү химиялык элемент, ал эми кальций иону – бул эки электронун жоготкон кальций атому, ошондуктан ал оң заряддуу болот. Башкы айырма – кальций атомдору нейтралдуу, ал эми кальций иондорунун заряды +2. Алар көптөгөн биологиялык процесстер үчүн абдан маанилүү.
Суутек (H) – ааламда эң көп кездешкен элемент, башка бардык элементтерге караганда көбүрөөк химиялык кошулмаларды түзөт. Суутектин эң маанилүү кошулмасы – суу. Ал химиялык элемент катары тунук, жытсыз, түссүз жана даамсыз.
Гигалитр (GL) – чоң көлөмдөгү суюктуктарды өлчөө үчүн колдонулган метрдик бирдик. Бир гигалитр бир миллиард литрге (1,000,000,000) барабар.
Суутек байланышы – бул башка химиялык байланыштарда катышкан эки атомдун ортосундагы тартылуу күчү. Алардын бири суутек атому, ал эми экинчиси кычкылтек, хлор же фтор сыяктуу терс атом болушу мүмкүн. Суутек байланыштары биохимияда маанилүү ролду ойнойт жана суунун өзгөчө касиеттерин пайда кылат.
Суперкомпьютер – кадимки жалпы багыттагы компьютерге салыштырмалуу өтө жогорку иштөө мүмкүнчүлүгүнө ээ компьютер. Алар татаал илимий жана өндүрүштүк эсептөөлөр үчүн, көбүнчө моделдөө жана симуляциялар үчүн колдонулат. 2017-жылдын ноябрь айынан бери дүйнөдөгү эң ылдам 500 суперкомпьютердин баары Linux негизиндеги операциялык системаларда иштейт. Келечекте кванттык компьютерлер суперкомпьютерлерди алмаштырбай, тескерисинче, аларды толуктайт деп күтүлүүдө.
Шилтемелер:
- Маалымат макала Жаңы Түштүк Уэльс университетинин https://www.unsw.edu.au/news интернет баракчасынан которулду.
- Бул илимий ачылышка негиз берген изилдөө АКШнын Улуттук илимдер академиясынын PNAS https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2508208122 журналында жарыяланган.
- Сүрөт unplash.com сайтынан алынды, автору Robert Anderson.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
