Bu uygulama daha önce yapılmadı ! 

Yeniden Kullanılabilir Karbon Nanotüpleri Geleceğin Su Filtresi Olabilir. Rochester Institute of Technology’de araştırmacılar, yeni bir karbon nanotüp sınıfının toksik çamur ve kirli su için yeni nesil temizleme malzemesi olabileceğini söylüyor. Geliştirilmiş tek duvarlı karbon nanotüpleri, Environmental Science Water: Research and Technology dergisinin Mart sayısında yayınlanan bir makaleye göre, standart sanayi malzemeleri olan silikon jel ve aktif karbona kıyasla su arıtma ve iyileştirme için daha etkili ve sürdürülebilir bir yaklaşım sunuyor.

Araştırmanın yazarları olan RIT araştırmacıları John-David Rocha ve Reginald Rogers, ortaya çıkan bu teknolojinin kirli suyu temizleme potansiyelini ortaya koyuyor. Araştırma, karbon nanotüplerinin çevresel problemlere karşı çalışmalar için yeni bir bakış açısı sunuyor. Nanotüpler genelde yakıt hücresi araştırmasıyla daha sık ilişkilidir.

Rocha ve Rogers evde kullanıma uygun, çevresel iyileştirme ve su filtrasyonu için nanotüp teknolojisini geliştirmeye çalışıyor.

RIT Kate Gleason Mühendislik Fakültesi’nde kimya mühendisliği bölümünden doçent olan Rogers, “Bu malzemeleri yeniden üretebildiğimizi gösterdik” dedi. “Gelecekte, su filtreniz sonunda doymuş hale geldiğinde, yaklaşık beş dakika boyunca mikrodalgaya koyun ve yabancı maddeler buharlaşacaktır.”

Karbon nanotüpleri, bir insan saçı genişliğinden yaklaşık 50.000 kez daha küçük olan depolama birimleridir. Nano ölçeğe indirgenmiş karbon, fizik kurallarına meydan okuyor ve küçük malzemelerin güçlü olduğu kuantum mekaniği dünyasında faaliyet gösteriyor.

Bir grafene yapıştırıldığında tek duvarlı karbon nanotüp oluşturulur. Fiziksel değişim maddenin kimyasal yapısını değiştirir ve nasıl davrandığını belirler. Sonuç, dünyadaki en iyi ısı iletken ve elektriksel olarak iletken malzemelerden biri.

RIT araştırmacıları, küçük malzemeleri manipüle etmek için yeni teknikler hazırladılar. Rocha, yüksek kaliteli, tek duvarlı karbon nanotüplerini izole etmek ve yarı iletkenliklerine veya metalik özelliklerine göre ayırmak için bir yöntem geliştirdi. Rogers, saf karbon nanotüplerini karbon kopya kağıdına benzer ince kağıtlara dağıttı.
Rogers, “Kağıtlar oluştuktan sonra artık kirleticileri sudan çekmek için kullandığımız adsorbent var” dedi.

Filitrasyon işlemi “karbon nanotüpleri sudan hoşlanmadığı için” çalışıyor. Suyun içindeki organik kirleticiler sadece su moleküllerine değil nanotüplere yapışır.

Rogers, “Bu tür bir uygulama daha önce yapılmadı” dedi. “Bu konuda kullanılan nanotüpler yeni.”  

Bu konuyla alakalı olarak TÜBİTAK 'Basit bir arıtma sistemi nasıl çalışır?' konusuna değindi.

Nasıl çalışır sorusunun cevabı ise şu şekilde;

suyun arıtılmasında farklı yöntemler kullanılıyor. Evlerde kullanılan su arıtma cihazlarında ise su çoğunlukla bir filtreden geçirilerek içinde bulunan yabancı maddelerden arındırılıyor. Aktif karbon bu amaçla yaygın olarak kullanılan maddelerden biri.

Aktif karbon yüksek oranda karbon içeren maddelerden (örneğin kömür, ağaç) üretiliyor. Yapısı kurşun kalemlerde kullanılan grafite benzer ancak daha düzensiz bir yapıya sahiptir.

Aktif karbon, suyun içindeki yabancı maddeleri yüzeyinde tutarak sudan ayrılmalarını sağlıyor. Bu işlem için özellikle aktif karbonun tercih edilmesinin nedeni aktif karbonun yüzey alanının çok geniş olması. Öyle ki 1 gram aktif karbonun yüzey alanı 500-1500 metrekare arasında değişebilir. Yani 10 gram aktif karbonun -yaklaşık 5 çorba kaşığı- yüzey alanı bir futbol sahasının yüzeyini kaplayabilir. Yapısında bulunan çatlaklar ve boşluklar nedeniyle aktif karbonun yüzeyinde suyun içindeki yabancı maddelerin tutunabileceği çok yer vardır.

Suyun içindeki yabancı maddelerin aktif karbonun yüzeyinde tutunmasını sağlayan süreç adsorpsiyon olarak isimlendiriliyor. Bir madde fiziksel ya da kimyasal etkileşimler sonucu katı bir yüzey üzerine tutunabilir. 

Fiziksel adsorpsiyonda maddenin yüzeye tutunmasını sağlayan, moleküller arasındaki Van der Waals kuvvetleri olarak isimlendirilen ve kimyasal bağlar kadar güçlü olmayan etkileşimlerdir. Bu etkileşim moleküllerin birbirine yeterince yakın olması durumunda atomlar ya da atom grupları arasındaki elektriksel itme ve çekme kuvvetleri nedeniyle ortaya çıkar.

Aktif karbonun yüzeyindeki boşluklar farklı genişliklerde olabilir ve yapıları yerkabuğundaki çatlaklara benzetilebilir. Mikro gözenekler olarak isimlendirilen ve genişliği 2 nanometreden küçük olan boşluklara giren moleküller ile aktif karbonun yüzeyi arasındaki mesafe Van der Waals etkileşimlerinin ortaya çıkması için yeterlidir.

İlk olarak cam bardakları cam kalemi ya da etiket kullanarak 0, a, b, A ve B şeklinde işaretleyelim.

a ve b olarak işaretlediğimiz bardaklara 1 tatlı kaşığı aktif karbon ekleyelim. Daha sonra 0, a ve b olarak etiketlediğimiz bardaklara 2 çorba kaşığı (yaklaşık 20 mililitre) renkli içecek ilave edelim.

0 numaralı bardağı, diğer bardaklardaki içeceklerin renklerinde ileride uygulayacağımız işlemlerden sonra ortaya çıkan değişimleri karşılaştırabilmek için kenarda bekletelim.

5 dakika bekledikten sonra a olarak etiketlediğimiz bardaktaki karışımı süzgeç kâğıdından süzelim ve süzüntüyü A olarak etiketlediğimiz bardakta biriktirelim. Bu aşamada içeceğin renginde nasıl bir değişim meydana geldiğini not alabilirsiniz.

b olarak etiketlediğimiz üçüncü bardağı ise 1 saat bekletelim. Bu süreçte zaman zaman bardağın içindekileri karıştırabilirsiniz. 1 saat sonunda bu karışımı da süzgeç kâğıdından süzelim ve süzüntüyü B olarak etiketlediğimiz bardağın içinde biriktirelim.

Etkinliğin sonunda 0, A ve B olarak etiketlediğimiz bardaktaki karışımların renklerini karşılaştıralım.

Uyarı: Aktif karbonla temas eden içeceği kesinlikle içmeyin. Ancak içme suyu filtrelerinde kullanılabilir özellikteki aktif karbonla temas edilen içecekler tüketilebilir.

Ne oldu?

Renkli içeceği içinde aktif karbon bulunan bardaklara döktüğümüzde sıvının içinde baloncuklar oluştuğunu fark etmişsinizdir. Bu durumun nedeni aktif karbonun yapısındaki çatlaklar ve gözenekler boyunca yayılan içeceğin bu boşluklardaki havanın dışarı çıkmasına sebep olması.

Etkinliğimizde kullandığımız enerji içeceğinin rengi maviydi. Enerji içeceklerini aktif karbonla karıştırdığımızda karışımlar siyah renkte bir bulamaç halini aldı. 5 dakika beklettikten sonra süzgeç kâğıdından süzdüğümüz karışımın rengi başlangıçtaki haline göre daha açık mavi oldu.

Karışımı daha uzun süre beklettiğimizde ise enerji içeceğinin renginin daha da açıldığını görebiliriz. Dolayısıyla yeterince beklerseniz içecek tamamen renksiz hale gelecektir.

Mavi renkteki enerji içeceğini aktif karbonla karıştırdığımızda sıvı, aktif karbonun yüzeyindeki çatlaklar boyunca ilerleyip gözeneklerin içine girer. Bu aşamada içeceğin içindeki renk verici moleküller aktif karbonun yüzeyinde tutunur. Zaman geçtikçe -adsorplanan madde miktarı arttığı için- aktif karbonla karıştırılan içeceğin rengi açılır.