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.

حمایت آیت الله رشاد از بازسازی و ساخت مجدد کنیسه آسیب دیده در جنگ

آیا در جنگ هرکاری مجاز است؟ نگاهی به اخلاق در میدان نبرد

تأثیر سوابق پایه یازدهم در کنکور ۱۴۰۵ مثبت شد / ۶ درس نهایی برای کنکور

راز حذف زمینه‌های فلسفی «یوگا» در نسخه مدرن

آذین‌بندی و شادی‌های عمومی باید به عنوان مدخل معرفت باشد

فرایند محدودیت در اینترنت شفاف می‌شود؛ ماجرای اینترنت پرو و خط سفید چه بود؟

۷۸ درصد ترافیک اینترنت به حالت قبل و اول دی ماه بازگشت

آغاز ثبت نام آزمون کاردانی به کارشناسی از ۲۴ خرداد ماه

مصوبه افزایش حقوق اعضای هیئت علمی لغو نشده است

تداوم فعالیت علمی دانشگاه شهید بهشتی با وجود آسیب در جنگ

ضیافت نور در آسمان خرداد؛ دیدار دو سیاره منظومه شمسی در آسمان ایران

نسخه جدید چت‌جی‌پی‌تی؛ از تولید عکس تا رزرو سفر در یک پنجره

مهلت دفاع از پایان نامه دستیاران پزشکی تا پایان آذر ۱۴۰۵ تمدید شد

حضوری شدن برخی امتحانات دانشگاه علم و صنعت در مقطع کارشناسی

ایران در جمع ۶ کشور دارای توان ساخت تجهیزات پیشرفته کرایوژنیک

چرا نقش استادان دانشگاه فراتر از کلاس درس است؟

انویدیا با غول‌های فناوری کره جنوبی قرارداد بست

هوش مصنوعی زلزله یاب شد

ثبت‌نام خودکار ۸۵ درصد دانش‌آموزان ابتدایی در استان سمنان

فعالیت ۳۷ هزار سفیر سلامت دانش‌آموزی

هفته بین‌المللی قرآن در کربلا افتتاح شد

چرا روابط فیلم «تهران کنارت» در سطح ماند؟

ولایت فقیه یک هویت تمدنی و تاریخی برای ملت ایران است

تأکید رئیس جهاددانشگاهی بر رفع موانع دیوان‌سالاری و بازگشت به شورای عالی انقلاب فرهنگی

دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی: دستورات لازم برای حضور فعال‌تر جهاد دانشگاهی صادر می‌شود

دومین فراخوان تربیت مجاهد فرهنگی توسط نهاد نمایندگی رهبری در دانشگاه‌ها

دستگاه‌های اجرایی ملزم به استفاده از پیام‌رسان‌های بومی شدند

طرح جدید دانشکده مدیریت شریف برای جذب دانشجوی دکتری با مزایای بی‌نظیر

پیش ‌ثبت‌نام الکامپ ۲۹ آغاز شد

امکان ادامه تحصیل مجدد در پزشکی، دندانپزشکی و داروسازی برای دانش‌آموختگان فراهم شد

اجماع شورای عالی انقلاب فرهنگی بر تأثیر قطعی سوابق تحصیلی یازدهم و دوازدهم در کنکور ۱۴۰۵

جزئیات احکام انضباطی دانشجویان در ایمیل معاون دانشجویی دانشگاه شریف به اساتید

امتحانات دانشگاه علمی کاربردی غیرحضوری شد

امام در اصول فقه به «عرف عقلایی» اهمیت می‌داد

خبرنگاران ایرانی از دریافت ویزا برای پوشش جام جهانی محروم شدند

موقوفات چطور به حل مشکلات اقتصادی ورود کرده‌اند؟

زندگی امام موسی کاظم (ع) تابلویی تمام‌عیار از مدیریت بحران و کادرسازی دینی است

بازیگر معروف ایرانی نقش ترامپ را بازی می‌کند+عکس

بیوک میرزایی: محبت مردم بزرگ‌ترین سرمایه یک هنرمند است

متن جدید امیرحسین قیاسی در حمایت از ایران و در واکنش به جنگ

آیت‌الله مبلغی: نخستین ثمره استقامت، گشایش راه‌ها و شکستن بن‌بست‌هاست

ثبت نام ۲ هزار هیئت جدید در سامانه عطر سیب/ رویکرد نمایشگاه امسال خانواده محور است

خدمت‌رسانی موکب ها به زائران عید غدیر در نجف اشرف

روایتی از بزرگ‌ترین وقف درمانی تهران در کتاب «میراث فرمانفرما»

آخرین حضور و غیاب کودکان شهید میناب با حضور پرویز پرستویی

بازیگر معروف فیلم پدرخوانده ترامپ را ظالم و فاسد خواند

روایت الگوی خانواده موفق در «زندگی زیباست» رادیو معارف

آنچه سیاه‌چال‌های عباسی درباره امام کاظم(ع) پنهان نکردند

چرا روایت ماکان نصیری از صدها گزارش خبری اثرگذارتر شد؟

کتاب صمود روایتی از دردی که از دور فهمیده نمی‌شود

امکان ارسال مستقیم جستجو به هوش مصنوعی در گوگل فراهم می‌شود

ترس اروپا از خاموشی دیجیتال شدت گرفت

قائم مقام دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی منصوب شد

حمایت جدی دانشگاه آزاد از دانشجویان دکتری؛ دستورالعمل پژوهشی نیمسال ۱۴۰۴۲ آمد

خط فارسی، مرجعیت علمی ایران را منطقه‌ای می‌کند

وزارت آموزش و پرورش اعلام برنامه امتحانات نهایی را تکذیب کرد

رویکرد تحولی سمپاد از تربیت دانش‌آموز موفق به سوی پرورش انسان اثرگذار

هوش مصنوعی افکار رئیس جمهور چین را ترویج می‌کند

شورای عالی انقلاب فرهنگی: تغییری در تأثیر قطعی معدل کنکور امسال نداریم

تعلل دولت در اجرای طرح ترمیم حقوق، شکاف بی‌اعتمادی را گسترش داد

نمایه‌شدن سه مجله دانشگاه تهران در کتابخانه دیجیتال آلمان

مصاحبه دکتری دانشگاه علامه طباطبائی از فردا آغاز می‌شود

یک روز جابجایی در برنامه امتحانات دانشگاه صنعتی شریف

اقتباسی عروسکی از رمان «اسب جنگی» به روی صحنه رفت

مساله وطن در صدای علیرضا قربانی و نجابتِ اندوه در آهنگ جدید او

بزرگ‌ترین وداع قرن برای امام امت/ بدرقه‌ای به وسعت ایران

جناب خان و هومن به آنتن تلویزیون برگشتند

کتاب برای رهبر شهید ابزار ساخت انسان و جامعه بود

پیکر آیت‌الله العظمی محمد اسحاق فیاض در کاظمین و کربلا تشییع شد

ممیزی‌های فراوان کلینیک رویا صدای بازیگران را در آورد

سه انفجار خورشیدی در یک شبانه‌روز رخ داد

آغاز کلاس‌های حضوری دانشگاه صنعتی شریف از ۲۳ خرداد

بررسی وضعیت اشتغال بیش از ۴۰۹ هزار دانش‌آموخته/ علوم‌ پزشکی در صدر اشتغال

جزئیات ثبت نام آزمون دستیاری دندانپزشکی را اینجا بخوانید

پیمان شاهبد: باید از هر نوع فیلم مستقلی حمایت کرد

روایتی خواندنی از گروه سرود خرم‌آباد از یک روز غم‌انگیز

نگاهی به پرسپولیس؛ دیگری ساختن از «ایران» و مرجان ساتراپی

درک پیام غدیر؛ امامت، ستون فقرات حفظ اسلام در جامعه

حجت‌الاسلام محمد قمی: نهضت خمینی همچنان ادامه دارد

غدیر، مسئله فراموشی یا تبعیت؟

حمایت از ۳۵۰ استاد برای هدایت تحقیقات

امکان ادامه تحصیل مجدد در پزشکی، دندانپزشکی و داروسازی برای دانش‌آموختگان فراهم شد

تاثیر معدل در کنکور به دلیل غیبت شما هنوز بررسی نشده است

جزئیات آزمون مرحله غیرمتمرکز سی و یکمین المپیاد علمی دانشجویی اعلام شد

آغاز کلاس‌های حضوری دانشگاه صنعتی شریف از ۲۳ خرداد

جزئیات ثبت نام آزمون دستیاری دندانپزشکی را اینجا بخوانید

غدیر؛ واقعه‌ای فراتر از تاریخ با ابعاد کلامی و تمدنی

مداح بحرینی سلب تابعیت شده به ایران می‌آید

بررسی وضعیت اشتغال بیش از ۴۰۹ هزار دانش‌آموخته/ علوم‌ پزشکی در صدر اشتغال

آیت‌الله فیاض رحلت کرد/ مرجعی که آیت‌الله خویی او را نور چشمش می دانست

تنگه هرمز را بیشتر بشناسید

حقوق اساتید چه نیازهایی را برآورده می‌کند؟

حجت‌الاسلام محمد قمی: نهضت خمینی همچنان ادامه دارد

بیوک میرزایی: محبت مردم بزرگ‌ترین سرمایه یک هنرمند است

کتاب صمود روایتی از دردی که از دور فهمیده نمی‌شود

مرور آثاری که با موضوع غدیر خلق شدند

هوش مصنوعی افکار رئیس جمهور چین را ترویج می‌کند

سیمای فراتاریخی «قهرمان مردم» در لایه‌های هنر، عرفان و ادبیات

شورای عالی انقلاب فرهنگی: تغییری در تأثیر قطعی معدل کنکور امسال نداریم

غدیرخم تبیین‌گر مدل حکمرانی الهی و الگوی زیست مؤمنانه است

غدیر برای کودک نیازمند تخیل است

ترس اروپا از خاموشی دیجیتال شدت گرفت

سه انفجار خورشیدی در یک شبانه‌روز رخ داد

حمایت جدی دانشگاه آزاد از دانشجویان دکتری؛ دستورالعمل پژوهشی نیمسال ۱۴۰۴۲ آمد

اجماع اولیه فرو ریخت/ خبرگان بر روی رهبر شهید به توافق نرسیدند

بزرگ‌ترین وداع قرن برای امام امت/ بدرقه‌ای به وسعت ایران

درک پیام غدیر؛ امامت، ستون فقرات حفظ اسلام در جامعه

ممیزی‌های فراوان کلینیک رویا صدای بازیگران را در آورد

امکان ارسال مستقیم جستجو به هوش مصنوعی در گوگل فراهم می‌شود

قائم مقام دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی منصوب شد