ATTUALITÀ
10
n.13 marzo 2014
LE FANTASTICHE
PROPRIETÀ FILTRANTI
DEL GRAFENE
Numerosi studi sul grafene han-
no mostrato le incredibili proprie-
tà di questo materiale. Tra le sue
caratteristiche meno note c’è anche la sua
strana affinità per l’acqua.
Il grafene è un materiale costituito da uno
strato monoatomico di atomi di carbonio,
avente cioè uno spessore equivalente alle di-
mensioni di un solo atomo ed è idrofobo cioè
respinge l’acqua. Tuttavia è stato dimostrato
che tubicini sottili come capillari, a base di
grafene, riescono ad aspirare vigorosamente
l’acqua, permettendone la rapida permeazio-
ne, se il livello dell’acqua ha lo spessore di un
atomo, vale a dire se è sottile come il grafene
stesso.
Questa strana proprietà ha suscitato gran-
de interesse sia in ambito accademico sia in
quello industriale, facendo intuire possibili
sviluppi di nuove tecnologie di filtrazione e
desalinizzazione dell’acqua.
Tubicini di grafene dello spessore di un atomo,
vengono ora realizzai in modo facile ed econo-
mico, accatastando uno sopra l’altro gli strati di ossido di gra-
fene (un derivato del grafene). Le risultanti pile multistrato (la-
minati) hanno una struttura simile alla madreperla che le rende
anche meccanicamente resistenti.
Nel 2012 alcuni ricercatori dell’Università di Manchester hanno
scoperto che le membrane sottili ottenute da questi laminati
erano impermeabili a tutti i gas e vapori ad eccezione dell’ac-
qua. Infatti, anche l’elio, il gas più difficile da bloccare, non rie-
sce a passare attraverso le membrane mentre il vapore acqueo
le attraversa senza subire alcuna resistenza.
Ora lo stesso team, guidato da Rahul Nair e Andre Geim, ha
testato il possibile funzionamento delle membrane di grafene
per filtrare l’acqua. I risultati sono stati pubblicati su
Science
,
2014 Feb 14. I ricercatori hanno dimostrato che, se immersi in
acqua, i laminati si gonfiano un po’ ma permettono ancora un
flusso ultraveloce dell’acqua. Anche i sali di dimensioni infe-
riori a nove Angstrom possono scorrere all’interno dei laminati
mentre ioni o molecole più grandi vengono bloccati.
I filtri di grafene hanno delle maglie (mesh) incredibilmente
accurate e sono in grado di distinguere tra specie atomiche
con dimensioni che differiscono fra loro in modo infinitesima-
le. Questa separazione, oltre ad essere molto precisa, è anche
ultra veloce. Gli ioni che riescono a passare si muovono a una
velocità notevole, come se le membrane di grafene fossero filtri
per il caffè.
Quest’ultimo effetto è dovuto a una proprietà che gli scienziati
di Manchester chiamano ‘spugnature di ioni’ (ion sponging). I
capillari di grafene aspirano i piccoli ioni come potenti aspira-
polveri producendo concentrazioni interne che possono esse-
re centinaia di volte superiori rispetto a quelle delle soluzioni
saline esterne.
“La filtrazione dell’acqua avviene in modo veloce e preciso
come ci si può attendere da tubicini così sottili – ha spiegato
Rahul Nair -. Ora vogliamo poter controllare le dimensioni delle
maglie del grafene e ridurle a meno di nove Angstrom per filtra-
re anche le molecole più piccole, come i sali nell’acqua di mare.
Il nostro lavoro dimostra che è possibile”.
Irina Grigorieva, co-autrice della ricerca, ha aggiunto: “Il nostro
obiettivo è realizzare un dispositivo filtrante che permetta di
ottenere un bicchiere di acqua potabile da uno di acqua di mare
dopo pochi minuti di pompaggio manuale.”
Il lavoro di ricerca è stato svolto in collaborazione con un grup-
po guidato da Hengan Wu dell’Accademia Cinese delle Scienze
che ha effettuato ampie simulazioni al computer per compren-
dere il meccanismo di filtrazione.
Antonella Rampichini
Rahul R. Nair mostra un campione di ossido di grafene dello spessore di un micron
Un gruppo di ricercatori dell’Università di Manchester
ha scoperto un sistema preciso e veloce per filtrare
sali e molecole organiche presenti nell’acqua
