کد خبر: 169072
ف
ساخت غشای سلولزی نانوبلوری برای بهبود هم‌زمان استحکام، نفوذپذیری و حذف نمک
پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق شده‌اند نوعی غشای نانویی بر پایه نانوبلورهای سلولزی (CNC) را طراحی کنند که می‌تواند سه ویژگی کلیدی در فرایند شیرین‌سازی آب یعنی استحکام مکانیکی، نفوذپذیری آب و حذف نمک را به‌صورت هم‌زمان بهبود دهد؛ قابلیتی که سال‌ها یکی از بن‌بست‌های فناوری غشاء بوده است.

به گزارش ثریا - در این طرح، با بررسی دقیق نسبت طول به قطر نانوبلورهای سلولزی و میزان بارگذاری آنها، ساختاری فراگیر و شبکه‌ای موسوم به «شبکه فراپیوندی درهم‌تنیده» (PIN) ایجاد شد که رفتار یک متامتریال را در غشاء بازآفرینی می‌کند. این شبکه، مسیرهای منظم و کنترل‌شده‌ای برای عبور آب شکل می‌دهد، در عین حال از بازشدگی بیش‌ازحد ساختار که موجب کاهش حذف نمک می‌شود، جلوگیری می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که بارگذاری ۰٫۵۰ درصد وزنی CNC با نسبت‌طولی بالا بهترین وضعیت را ایجاد می‌کند و می‌تواند کارایی غشاهای شیرین‌سازی برای آب‌های لب‌شور را ارتقاء دهد.

بحران جهانی آب شیرین سال‌هاست که کشورهای مختلف را وادار به توسعه فناوری‌های کارآمد در حوزه شیرین‌سازی کرده است. با افزایش تقاضا برای آب قابل شرب و صنعتی، غشاهای پلیمری به یکی از مهم‌ترین ابزارهای جداسازی در تصفیه آب تبدیل شده‌اند. با این حال، این غشاها با یک معضل قدیمی روبه‌رو هستند: ارتقای هم‌زمان استحکام مکانیکی، نفوذپذیری آب و توانایی حذف نمک. بهبود یکی از این ویژگی‌ها معمولاً به تضعیف دیگری منجر می‌شود و این تضاد ذاتی، پیشرفت صنعتی را محدود کرده است. یافتن ساختاری که بتواند این سه شاخص را در کنار هم بهبود دهد، یکی از اهداف اساسی پژوهش‌های غشایی در دهه اخیر بوده است.

در پاسخ به این چالش، گروهی از پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر با مطالعه ویژگی‌های نانوبلورهای سلولزی و نحوه آرایش آنها در یک ماتریس پلیمری، موفق به ساخت غشای نانویی جدیدی شده‌اند که می‌تواند از این محدودیت تاریخی عبور کند. ماده پایه این غشاء، سلولز دی‌استات (CDA) است؛ یکی از پلیمرهای پایدار، دسترس‌پذیر و مناسب برای کاربردهای جداسازی. عنصر کلیدی پژوهش، نانوبلورهای سلولزی (CNC) است؛ ساختارهایی که از سلولز طبیعی استخراج می‌شوند و به دلیل نسبت طول به قطر بالا، استحکام مکانیکی قابل توجه و سطح فعال زیاد، کاربردهای گسترده‌ای در علوم نانو دارند.

نقش بخش نانویی در این پروژه در واقع به چگونگی آرایش و پیکربندی CNCها درون غشاء بازمی‌گردد. پژوهشگران نشان داده‌اند که تنها حضور نانوذرات کافی نیست؛ بلکه نوع شبکه‌ای که این نانومیله‌ها تشکیل می‌دهند، تعیین‌کننده خواص نهایی ماده است. نسبت طول به قطر (aspect ratio) و درصد وزنی CNCها دو عامل اصلی هستند که الگوهای مختلفی از شبکه‌سازی و درهم‌تنیدگی را رقم می‌زنند. این الگوها می‌توانند از پخش تصادفی و پراکنده تا تشکیل یک شبکه درهم‌تنیده پیوسته متغیر باشند.

در این پژوهش، چهار درصد بارگذاری ۰٫۱۵، ۰٫۲۵، ۰٫۵۰ و ۰٫۷۵ درصد وزنی برای CNCهای با نسبت طولی بالا بررسی شد. نتایج آزمون‌های مکانیکی، ویسکوالاستیک و جداسازی نشان داد که در مقادیر پایین (۰٫۱۵ و ۰٫۲۵ درصد)، CNCها به صورت پراکنده یا در قالب شبکه‌ای تنگ اما محدود قرار می‌گیرند. اما از بارگذاری ۰٫۵۰ درصد به بالا، ساختار جدیدی شکل می‌گیرد؛ شبکه‌ای که پژوهشگران آن را شبکه فراپیوندی درهم‌تنیده (Pervasive Interconnected Network – PIN) نامیده‌اند. این شبکه یک ساختار پیوسته و گسترده از نانومیله‌هاست که نه‌تنها استحکام غشاء را افزایش می‌دهد، بلکه رفتار دینامیکی عبور مولکول‌ها و یون‌ها را نیز تغییر می‌دهد. در غشاهای معمولی، افزایش سرعت عبور آب یا موجب کاهش حذف نمک می‌شود یا ساختار غشاء برای عملکرد پایدار، نیازمند ضخامت بیشتر است. اما در غشای طراحی‌شده در دانشگاه امیرکبیر، ترکیب بهینه ۰٫۵۰ درصد CNC دارای نسبت‌طولی بالا، مسیرهای دوگانه و کنترل‌شده‌ای برای عبور مولکول‌های آب ایجاد می‌کند. این مسیرها اصطلاحاً مسیرهای دوقسمتی (bi-continuous) نام گرفته‌اند و بر اساس تحلیل‌های الکترواستاتیکی و فیزیکی، نقشی اساسی در کنترل عبور یون‌ها دارند.

وجود این شبکه موجب می‌شود که غشاء در برابر تغییرات فشار و بارگذاری مکانیکی مقاوم‌تر باشد. افزایش استحکام مکانیکی به غشاء امکان می‌دهد تحت فشارهای عملیاتی بالاتر کار کند، بدون آنکه ساختار پلیمری دچار گسیختگی شود. این ویژگی در فرآیند شیرین‌سازی آب‌های لب‌شور که فشار عملیاتی نسبتاً بالاست، اهمیت زیادی دارد.

پژوهشگران برای درک دقیق‌تر رفتار این شبکه، از آزمون‌های ویسکوالاستیک خطی و غیرخطی استفاده کردند که نشان داد در بارگذاری‌های بالا، ساختار CNCها از حالت پخش‌شده خارج شده و یک شبکه متصل و پایدار تشکیل می‌دهد. همچنین از طریق تحلیل CFE یا ضریب کارایی تقویت مکانیکی مشخص شد که بارگذاری ۰٫۵۰ درصد CNC بیشترین جهش را در استحکام نسبت به ماده پایه ایجاد می‌کند، بدون آنکه منجر به تجمع بیش‌ازحد و مسدودکردن مسیرهای عبوری شود.

این پژوهش نه‌تنها چگونگی بهبود هم‌زمان سه شاخص کلیدی را روشن کرده، بلکه نشان داده که می‌توان با مهندسی حالت پراکنش نانومیله‌ها در یک پلیمر، ماده‌ای با رفتار متامتریال ساخت؛ یعنی ماده‌ای که ویژگی‌های آن صرفاً از اجزای تشکیل‌دهنده‌اش ناشی نمی‌شود، بلکه از نحوه سازمان‌دهی آن اجزا در مقیاس نانو پدید می‌آید.

نتایج نشان می‌دهد که غشای نانویی حاوی ۰٫۵۰ درصد وزنی CNC با نسبت طولی بالا، عملکرد بهینه‌ای در تصفیه آب لب‌شور ارائه می‌دهد و می‌تواند پایه‌ای برای توسعه غشاهای صنعتی جدید باشد. این کار نشان می‌دهد که با درک صحیح از نقش شبکه‌های نانوساختاری می‌توان از محدودیت‌های متداول عبور کرد و به سمت غشاهای پایدارتر، کارآمدتر و مقاوم‌تر حرکت کرد.

به نقل از ستاد نانو و میکرو، نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Carbohydrate Polymers به چاپ رسیده است.

منبع : غشای سلولی


مرتبط ها
ارسال نظر
chapta
حداکثر تعداد کاراکتر نظر 200 ميياشد .
نظراتی که حاوی توهین یا افترا به اشخاص ،قومیت ها ،عقاید دیگران باشد و یا با قوانین کشور وآموزه های دینی مغایرت داشته باشد منتشر نخواهد شد - لطفاً نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.

یک کشف جدید از معادلات اینشتین درباره گرانش

۲ دنیای بکر پنهان در اقیانوس آرام کشف شد

این سیاره خورشیدی چرا گم شد؟

زمان اعلام نتایج نهایی آزمون سراسری مشخص شد

عدالت اجتماعی در دیدگاه اسلامی به معنای برابری مطلق نیست

همه عمار و مالک‌اشتر نیستند، اما هرکس در قبال حق مسئول‌ است

برای جلوگیری از عادی شدن حرام، باید قبح اجتماعی آن را زنده کرد

کنش حضرت زهرا(س)، حقیقت را به حافظه تاریخ سپرد

بیش از ۶۰ درصد مدارس کشور را خیرین ساختند

توییت صفحه فرمانده کل سپاه به مناسبت روز هوافضا و بازنشر بخشی از پیام ایشان

روایتی از زندگی و میراث شهید حسن طهرانی‌مقدم در برنامه تلویزیونی «نردبان»

انتشار یک قطعه موسیقایی جدید به مناسبت شهادت حضرت زهرا (س)

تلاش نمایش «کورش» برای بازسازی اسطوره قهرمان و پیوندزدن گذشته با اکنون

آنچه کیهان کلهر درباره کتاب «بهجت الروح» گفت

دست‌نوشته رهبر شهید انقلاب برای تقدیر از شهید حسن طهرانی مقدم

تصویر منتشرشده در رسانه‌ها تحت عنوان تست موشک در آسمان غرب تهران

ساخت نانوذرات دارویی ضدسرطان با نور خورشید در زمانی کوتاه

رقابت ۸ هزار نفر در آزمون پذیرش دانشجوی پزشکی از لیسانس ۱۴۰۵

حمایت ویژه از پژوهشگران پسادکتری در قالب طرح شهید چمران

ضرورت ایجاد فضای امن و با نشاط در مدارس سمپاد

آغاز ثبت‌نام اعتکاف دانش‌آموزی ۱۴۰۵

اپل و سامسونگ برای ورود به بازار چین دست به دامن هوش مصنوعی محلی شدند

روبات جدید گوگل آسیب نرساندن به کودکان را می‌آموزد

سند توسعه متوازن دانشگاه‌های علوم پزشکی در دست بازنگری قرار دارد

ثبت‌نام تک‌دروس دانشگاه علوم پزشکی هوشمند از ۲۳ آبان آغاز می‌شود

کشف سیاره ای که ناگهان ناپدید شد!

آزمون صلاحیت حرفه ای گروه پرستاری دی ماه ۱۴۰۵ برگزار می‌شود

تصویب ساماندهی مراکز تحقیقات و شبکه‌های تحقیقات و فناوری علوم پزشکی

دلایل افت رتبه دانشگاه‌ها در رتبه بندی‌ها چیست؟

مرکز جدید برای برگزاری آزمون الکترونیکی زبان انگلیسی «تولیمو» ایجاد شد

چرا شناخت هوش هیجانی کودکان مهم است؟

زمزمه‌های استعفای مدیر انویدیا آغاز شد

«مواد و ساخت پیشرفته» پیشران اقتدار صنعتی و ارتقای تاب‌آوری فناورانه

سناریوهای ورود با تأخیر دانشجویان نوورود گروه علوم پزشکی بررسی شد

هکرها نهاد ناظر بر امنیت مالی کره جنوبی را هک کردند

دانشگاه آزاد درباره عدم اعتبار بورسیه‌های متفرقه اطلاعیه داد

چرا سهم شیر دانش‌آموزان به ۳۰ نوبت محدود شد؟

خدمات بیمه‌ای فرهنگیان قزوین در مسیر ارتقا و تسهیل دسترسی

نهضت مدرسه‌سازی خوزستان تا مهر ۱۴۰۷ به سرانجام می‌رسد

درخشش دانش‌آموزان البرزی با کسب ۱۵ مدال علمی

مزار پنهان دختر پیامبر(ص)، تناقضی که تاریخ صدر اسلام را به چالش می‌کشد

فارسی در هند فقط زبان شعر نبود

کتاب «کهکشان نیستی» به زبان عربی ترجمه و منتشر شد

زینب طهرانی‌مقدم: شعر ما را به شناخت عمیقی از اسطوره‌های ملی می‌رساند

برای شناخت دختر پیامبر(ص)، این ۱۰ کتاب را بخوانید

شاگردی که تا پای شهادت از مکتب طهرانی‌مقدم جدا نشد

مکرون: هوش مصنوعی خطرناک باید برای کودکان ممنوع شود

تغییرات تکمیل ظرفیت دستیاری فوق تخصصی اعلام شد؛ تمدید مهلت ثبت نام

دانشجویان متأهل ملزم به بازپرداخت یکجای وام ودیعه مسکن شدند

تقویم جدید آزمون زبان انگلیسی MHLE سال ۱۴۰۵ منتشر شد

قبل از خرید قطعات آسانسور این 7 نکته را بدانید

مهلت دانشجویان الزهرا(س) برای ثبت‌نام وام تحصیلی و ودیعه مسکن متأهلی

اعلام نتیجه اولیه آزمون سردفتری اسناد رسمی نوبت سال ۱۴۰۴

مجموعه‌رباعی «دوستش داشته باش» سروده میلاد عرفان‌پور منتشر شد

روایت زندگینامه شهید حاج اسماعیل رضایی منتشر می‌شود

۱۵ درصد مدارس کشور در برنامه بازرسی‌های دوره‌ای قرار می‌گیرند

ارائه ۸۵ طرح دانش‌آموزی در بیست‌وهشتمین جشنواره جوان خوارزمی

تصویر منتشر شده از جاسک

تصویری از عملیات های نیروی هوایی ارتش در شب های اخیر

رژیم چنج در آمریکا رخ داد+عکس

امروز آخرین مهلت اعتراض به آزمون‌های ارشد و دکتری علوم پزشکی

نسخه پیشنهادی سند حکمرانی نظام‌های ارزیابی آموزش عالی بررسی شد

طرح نوین تغذیه با محوریت دانشجویان اجرا می‌شود

پژوهش مسئله‌محور؛ کلید استفاده واقعی از ظرفیت علمی دانشگاه‌ها

استارلینک پایان حکمرانی ارتباطات در ایران است؟

هکرها با دمای بانک خون فرانسه بازی کردند و آن را بالا بردند

تصویب کلیات آیین‌نامه جدید ارتقای اعضای هیئت علمی

دانشگاه شهید بهشتی دلایل عدم تعلق وام دانشجویی را اعلام کرد

فاز دوم آمایش آموزش عالی به‌روز شد

داریوش فرهنگ گوینده یک مستند شد

ابلاغ مصوبه جدید شرکت مجدد در آزمون دستیاری پزشکی توسط رئیس جمهور

رابرت پتینسون با چهلمین جایزه سینماتک آمریکا تجلیل می‌شود

اجرای کنسرت‌نمایش «فرهاد» در تماشاخانه نوفل لوشاتو

اجرای نمایش «خاک نشینان» در فرهنگسرای نیاوران

شکست ترامپ سوژه کارلوس لطوف شد

اهمیت آموزش اخلاق و رفتار حرفه‌ای در محیط دانشگاه به پزشکان جوان

تأکید بر حمایت از ظرفیت‌های بومی امنیت سایبری

لزوم متناسب‌سازی مستمر آموزش علوم پزشکی با نیازهای نظام سلامت

تصویر/فراز مهم پیام رهبر انقلاب

۲ پهپاد لوکاس غنیمت گرفته شدهٔ دشمن آمریکایی توسط سپاه+عکس

امروز آخرین مهلت اعتراض به آزمون‌های ارشد و دکتری علوم پزشکی

اعلام نتیجه اولیه آزمون سردفتری اسناد رسمی نوبت سال ۱۴۰۴

دانشگاه شهید بهشتی دلایل عدم تعلق وام دانشجویی را اعلام کرد

تصویب کلیات آیین‌نامه جدید ارتقای اعضای هیئت علمی

ارائه ۸۵ طرح دانش‌آموزی در بیست‌وهشتمین جشنواره جوان خوارزمی

اجرای نمایش «خاک نشینان» در فرهنگسرای نیاوران

تصویری از عملیات های نیروی هوایی ارتش در شب های اخیر

۱۵ درصد مدارس کشور در برنامه بازرسی‌های دوره‌ای قرار می‌گیرند

طرح نوین تغذیه با محوریت دانشجویان اجرا می‌شود

نسخه پیشنهادی سند حکمرانی نظام‌های ارزیابی آموزش عالی بررسی شد

مهلت دانشجویان الزهرا(س) برای ثبت‌نام وام تحصیلی و ودیعه مسکن متأهلی

فاز دوم آمایش آموزش عالی به‌روز شد

تصویر منتشر شده از جاسک

داریوش فرهنگ گوینده یک مستند شد

هکرها با دمای بانک خون فرانسه بازی کردند و آن را بالا بردند

استارلینک پایان حکمرانی ارتباطات در ایران است؟

اجرای کنسرت‌نمایش «فرهاد» در تماشاخانه نوفل لوشاتو

شکست ترامپ سوژه کارلوس لطوف شد

ابلاغ مصوبه جدید شرکت مجدد در آزمون دستیاری پزشکی توسط رئیس جمهور

مجموعه‌رباعی «دوستش داشته باش» سروده میلاد عرفان‌پور منتشر شد

روایت زندگینامه شهید حاج اسماعیل رضایی منتشر می‌شود

پژوهش مسئله‌محور؛ کلید استفاده واقعی از ظرفیت علمی دانشگاه‌ها

رژیم چنج در آمریکا رخ داد+عکس

تقویم جدید آزمون زبان انگلیسی MHLE سال ۱۴۰۵ منتشر شد

رابرت پتینسون با چهلمین جایزه سینماتک آمریکا تجلیل می‌شود

دانشجویان متأهل ملزم به بازپرداخت یکجای وام ودیعه مسکن شدند

قبل از خرید قطعات آسانسور این 7 نکته را بدانید

تغییرات تکمیل ظرفیت دستیاری فوق تخصصی اعلام شد؛ تمدید مهلت ثبت نام

مکرون: هوش مصنوعی خطرناک باید برای کودکان ممنوع شود

تصویب ساماندهی مراکز تحقیقات و شبکه‌های تحقیقات و فناوری علوم پزشکی