Графе́н — двумерный кристалл, слой атомов углерода, в виде гексагональной решётки. Графен имеет хорошую теплопроводность, механическую жесткость, он химически стабильный, прочный и упругий.
После разработки углеродных нанотрубок были также придуманы на основе графена газовые сенсоры, транзисторы, солнечные батареи и жидкокристаллические дисплеи.
Теперь нашелся и еще один метод применения графена — в качестве мембраны.
Пресная вода — естественный и ценный компонент жизнедеятельности. На Земле каждый день количество людей увеличивается, это неминуемо заставляет расти потребность не только в еде, но и в пресной воде. Как показывают данные на сайте www. countrymeters, количество людей с 2015 по 2019 годы выросло на 379 миллионов, с 7,289 до 7,668 миллиардов человек, это около 95 миллионов прироста населения в год. Также присутствует информация показывающая увеличение водопотребление на 64 миллиона м3 в год.
Рис. 1. Объем отдельных частей гидросферы Земли и связанной воды земной коры (включая воду живых организмов) (в тыс. км3) (по: Благосклонов и др., 1967).
Недостаток опресненной воды уже ощущается в странах Европы и Азии, что создает экономические и технологические проблемы.
Этот недостаток вызван во многом повышением водопотребления технологическими процессами на производствах. К примеру, только один Магнитогорский металлокомбинат использует воды столько, сколько один город-миллионник.
Большой объем пресной воды становится непригодным по причине сбросов полуочищенных или неочищенных вод в реки и озера — каждый кубический метр сточной воды загрязняет 40–60 кубических метров воды чистой.
Во время сильных дождей и в период таяния снегов в сельскохозяйственных районах происходит интенсивное смывание с полей в реки и озера минеральных удобрений и ядохимикатов, что приводит к заражению водоемов вредными химическими веществами.
Наступает антропогенное евтрофирование таких водоемов, — повышение продуктивности. Евтрофирование влечет усиленное развитие некоторых гидробионтов, в частности фитопланктона. Расширяется глубинная зона с анаэробным обменом, накоплением сероводорода, аммиака, нарушаются окислительно-восстановительные процессы и возникает дефицит кислорода. Это приводит к гибели рыб
Можно категорически запретить сброс неочищенных сточных вод, но обычный запрет проблему не решит. Стоки промышленных производств, сбрасываемые в водоемы и канализации, имеют свои нормы и характеристики, которые постоянно усложняются. Да и суммарная цена очистки воды, на современных предприятиях, в среднем составляет от 15 до 40 процентов их общей стоимости.
Мы знаем, что очистка загрязненных вод происходит следующими методами: физическим, химическим и биологическим. Например, нефтяные ловушки. В них происходит процесс отстаивания и отделения массы нефтепродуктов от поверхностных сточных вод. Хорошие результаты приносит более сложный способ электрокоагуляции. Химическая очистка распространена, но ей не поддаются моющие средства, которые попадают в канализацию.
Перспективна биологическая очистка — аэротенки, биофильтры.
Отходы химических и нефтезаводов опасны, и их очистка не полностью снимает вредность такой «очищенной воды» — около 10–20 процента загрязнителей остаются, в том числе растворенные в воде соли.
Количество пресной воды ограничены. По исследованиям уже к 2025 году государства ощутят острую нехватку пресной воды, а к 2030 году примерно для 47 процента населения будет наблюдаться дефицит воды. Уже сейчас острая нехватка воды в пустынных и полупустынных регионах вызывает стремительную миграцию населения. Чтобы её остановить, стартовал проект «Новая Долина» — орошение пустынного юго-запада Египта, начатый в 1997 году. Проект предназначен для развития сельскохозяйственных и индустриальных сообществ. После того как проект будет завершен в 2020 году, долина станет новым домом для многих египтян, при этом с помощью проекта увеличится на 10 процента пахотная земля.
Тем не менее, идет постоянное совершенствование технологий в борьбе с загрязнениями.
Ученые предполагают использование графена для быстрого очищения воды, так как он способен долгое время сохранять свои характеристики, как фильтр. Для создания тонкого листа графена, нужны высокоточные технологии. Удобно то, что прорехи в материале можно чинить. Есть типы графеновых мембран способные фильтровать соленую воду, при этом подобная мембрана будет много тоньше, чем уже существующие. Очищенная вода, с помощью графеновой мембраны, пригодна для питья без дополнительной очистки. Специалистами CSIRO получен графен из соевого масла, что позволяет удешевить сам фильтр. Графен способен удалять 99 процентов вредных веществ продолжительное время. Реагентный метод очистки способен удалять 97–98 процента, но тут можно добавить, что при правильном способе очистки окислением, и при контроле за этим процессом, его эффективность вырастает до 99 процента.
Физико-химические методы способны удалять до 95 процента. Механические методы очистки очищают бытовые жидкости от взвешенных частиц на 60–65 процента, от нерастворимых грубодисперсных элементов на 90–95 процента.
Таким образом — будущее за графеновыми мембранами, которые вскоре смогут быть использованы во многих сферах производства.
Литература:
- World population // countrymeters. URL: https://countrymeters.info (дата обращения: 31.12.2018).
- ДЕФИЦИТ ПРЕСНОЙ ВОДЫ: ПРОБЛЕМЫ И СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ // The W&LL. URL: http://thewallmagazine.ru/lack-of-fresh-water/ (дата обращения: 31.12.2018).
- Австралийские учёные предложили очищать воду при помощи графена, полученного из соевого масла // 3DNews. URL: https://3dnews.ru/965708 (дата обращения: 31.12.2018).
- Опресняющий и очищающий воду графеновый фильтр // https://hi-news.ru. URL: https://hi-news.ru/technology/opresnyayushhij-i-ochishhayushhij-vodu-grafenovyj-filtr.html (дата обращения: 31.12.2018).
- Проблема чистой воды // medical-enc.ru. URL: http://www.medical-enc.ru/ekologiya/problema-chistoi-vody.shtml (дата обращения: 31.12.2018).
- Методы очистки воды // mfina. URL: http://mfina.ru/metody-ochistki-vody/ (дата обращения: 31.12.2018).
- Методы очистки воды // studfiles. URL: https://studfiles.net/preview/5656464/page:7/ (дата обращения: 31.12.2018).
- Новая Долина (проект) // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Новая_Долина_(проект) (дата обращения: 31.12.2018).
- Графен // Строительные материалы и технологии. URL: http://material.osngrad.info/node/60 (дата обращения: 31.12.2018).
