纳米科学：工程师开发新型混合纳米材料来改造水！

氧化石墨烯被誉为名副其实的奇迹材料; 当纳入纳米纤维素泡沫时，实验室产生的物质轻，强，有弹性，快速有效地传导热量和电力。

艺术家对圣路易斯华盛顿大学工程师开发的纳米颗粒生物泡沫的渲染。生物泡沫可以使用纳米纤维素和氧化石墨烯快速有效地清洁水。图片来源：圣路易斯华盛顿大学。

现在，一队在圣路易斯华盛顿大学的工程师已经找到了一种利用氧化石墨烯片改造脏的水变成饮用水，它可能是一个全球性的改变游戏规则。

“我们希望，对于那些阳光充足的国家，例如印度，你将能够采取一些污水，用我们的材料蒸发它，并收集淡水，”机械工程和材料副教授Srikanth Singamaneni说。科学的工程与应用科学学院。

新方法结合了细菌产生的纤维素和氧化石墨烯，形成双层生物泡沫。Advanced Materials提供了一份详细介绍该研究的论文。

“这个过程非常简单，”Singamaneni说。“美丽的是，由细菌产生的纳米级纤维素纤维网络具有出色的能力，将水从大块移动到蒸发表面，同时最大限度地减少热量下降，整个过程都是一次性产生的。

“这里的材料设计很新颖，”Singamaneni说。“你有一个双层结构，顶部是光吸收的氧化石墨烯填充的纳米纤维素，底部是原始的纳米纤维素。当你将这整个物质悬浮在水面上时，水实际上能够到达蒸发发生的顶部表面。

“光在其顶部辐射，并且由于氧化石墨烯而转化为热量 - 但原始纳米纤维素层对下面的大量水的散热最小化。你不想浪费热量;你想要限制实际发生蒸发的顶层热量。“

双层生物泡沫底部的纤维素充当海绵，将水吸到石墨烯氧化物中，在那里发生快速蒸发。可以从片材的顶部容易地收集所得的淡水。

实际形成双层生物泡的过程也是新颖的。以同样的方式牡蛎制作珍珠，细菌形成纳米纤维素纤维层，其中氧化石墨烯薄片嵌入其中。

“我们正在为纤维素培养细菌，我们将氧化石墨烯片加入培养基本身，”该论文的第一作者，Singamaneni实验室的研究生姜启生说。

“当细菌产生纤维素时，氧化石墨烯就会嵌入。在整个过程的某个点上，我们停止，用石墨烯氧化物去除介质并重新引入新鲜介质。这会产生下一层泡沫。界面非常强机械地，它非常坚固。“

新的生物泡沫也非常轻便且制造成本低廉，使其成为水净化和海水淡化的可行工具。

“纤维素可以大规模生产，”Singamaneni说，“ 氧化石墨烯非常便宜 - 人们可以生产吨，真正吨。这两种材料都是高度可扩展的。所以可以想象制作大量的生物泡沫。“

“我们合成的这种泡沫材料的特性具有增强太阳能收集的特性。因此，它更有效地清理水，”Pracy Biswas说，Lucy和Stanley Lopata教授兼能源，环境和能源部主席化学工程。

“合成过程还允许在泡沫中添加其他纳米结构材料，这将增加细菌和其他污染物的破坏速度，并使其安全饮用。我们还将探索这些新结构的其他应用。”