Nano-eigenschappen van water als sleutelfactor voor sanitatie

Levende organismen, virussen en technologische apparaten hebben waterlagen tussen hun cellen of delen en kunnen sterven of stoppen met werken als ze uitgedroogd zijn. Maar waarom water en geen andere vloeistof? Wat maakt water onder zulke omstandigheden uniek als het zich in deze kleine structuren bevindt?

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano, verklaren onderzoekers van de Universiteit van Barcelona en de Universiteit La Sapienza van Rome waarom het water sneller beweegt in een porie die kleiner is dan een miljoenste haar dan vrij water, terwijl andere vloeistoffen dat niet doen.

“Het hangt allemaal af van de bijzondere interactie van waterstofbruggen tussen water en dit zou een sleutelfactor kunnen zijn die bijdraagt ​​aan de oplossing van een van de doelstellingen voor duurzame ontwikkeling die zijn vastgesteld door de Verenigde Naties, namelijk die over schoon water en sanitaire voorzieningen”, legt Giancarlo Franzese, van het Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie van de Universiteit van Barcelona (IN2UB).

In waterzuivering en sanitatie is er eigenlijk veel onderzoek naar de grafeenporiën ter grootte van nanometers. Bovendien heeft het resultaat van dit gezamenlijke project tussen de UB en La Sapienza betrekking op het schakelgedrag dat wordt waargenomen in een nano-memristor van gehydrateerd grafeen, dat is een nanotechnologisch apparaat waarbij de elektrische lading de magnetische flux regeert, wanneer het beschutte water verandert van één naar meer lagen.

“Nano-opsluiting kan het gedrag van vloeistoffen drastisch veranderen, waardoor we ons verbazen over contra-intuïtieve eigenschappen. Het is relevant in toepassingen, waaronder decontaminatie en kristallisatiecontrole”, zegt Carles Calero van de IN2UB. In de studie vergelijken onderzoekers, met behulp van moleculaire dynamica-simulaties, drie verschillende vloeistoffen in een grafeenspleetporie: een eenvoudige vloeistof, zoals argon; een moleculaire vloeistof, zoals CO2 of een vloeibaar metaal, en water. De drie vloeistoffen, onder vergelijkbare subnanometrische opsluiting, gedragen zich verschillend van elkaar, wat de weg vrijmaakt voor mogelijke toepassingen met nanoporiën, bijvoorbeeld voor de verwijdering van verontreinigende stoffen.