Цеолиты с нанопорами помогли получить электричество из соленой воды

Ион-селективными называют мембраны, которые пропускают только ионы с определенным зарядом, положительным или отрицательным. Такие мембраны используются для очистки воды и защиты электродов при работе с агрессивными электролитами. 

А еще с их помощью можно получать электричество. Если взять мембрану, которая пропускает только положительно заряженные ионы, залить с одной стороны от нее соленую воду, а с другой — пресную, то постепенно положительно заряженные ионы натрия перейдут через мембрану на сторону с пресной водой. Отрицательно заряженные ионы хлорида останутся на стороне с соленой водой. Между двумя растворами возникнет разность потенциалов электрического поля. 

Эффективную и недорогую мембрану для получения электричества разработал Чжи Пин Лай и его коллеги из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы.

За основу взяли пористый минерал цеолит — алюмосиликат натрия. Благодаря особому строению кристаллической решетки все цеолиты имеют упорядоченную систему пор диаметром порядка 1 нанометра. Сравнивая разные цеолиты, Лай и его коллеги выяснили, что вокруг иона алюминия в цеолитной решетке образуется частичный отрицательный заряд. Подобрав нужное количество алюминия, можно сделать заряженной всю поверхность мембраны. В этом случае отрицательно заряженные ионы хлорида будут отталкиваться от мембраны, а вот положительно заряженные ионы натрия смогут легко проходить сквозь нее.

Затем полученный цеолит соединили с подложкой из углеродных нанотрубок. Получилась легкая и прочная мембрана с рекордной емкостью. Эффективность тоже оказалась высокой. Например, на границе воды из Красного моря и пресной цеолитная мембрана показала мощность 29,1 ватта на квадратный метр. 

Главное преимущество цеолитных мембран — в их доступности. Цеолиты встречаются в природе, их несложно получить в лаборатории, при этом поры в них не надо проделывать искусственно: они возникают сами благодаря строению кристаллической решетки. Авторы полагают, что цеолитные мембраны будут востребованы для получения электричества из соленой воды. Соответствующая статья вышла в журнале Nature Communications.