Τα τελευταία χρόνια, οι μεμβράνες οξειδίου του γραφενίου χρησιμοποιούνται κυρίως για την αφαλάτωση θαλασσινού νερού και τον διαχωρισμό χρωστικών ουσιών. Ωστόσο, οι μεμβράνες έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως στη βιομηχανία τροφίμων.
Μια ερευνητική ομάδα από το Παγκόσμιο Κέντρο Καινοτομίας Υδάτινων Πόρων του Πανεπιστημίου Shinshu μελέτησε την εφαρμογή μεμβρανών οξειδίου του γραφενίου στο γάλα. Αυτό το είδος μεμβράνης συνήθως σχηματίζει ένα πυκνό στρώμα βρωμιάς (άνθρακας, «μεμβράνες οξειδίου του γραφενίου για γάλα χωρίς λακτόζη» σε πολυμερείς μεμβράνες).
Κλείστε τη μεμβράνη οξειδίου του γραφενίου που διαπερνά τη λακτόζη και το νερό· αφήστε τα λίπη, τις πρωτεΐνες και τα μακρομόρια στο γάλα.
Οι μεμβράνες οξειδίου του γραφενίου έχουν το πλεονέκτημα ότι παράγουν πορώδη στρώματα ρύπανσης, επομένως η απόδοση φιλτραρίσματός τους μπορεί να διατηρηθεί καλύτερα από τις εμπορικές πολυμερικές μεμβράνες. Η μοναδική χημεία και η πολυεπίπεδη δομή της μεμβράνης οξειδίου του γραφενίου επιτρέπουν την ενίσχυση της διείσδυσης της λακτόζης και του νερού, ενώ παράλληλα απωθούν το λίπος, την πρωτεΐνη και ορισμένα μέταλλα. Επομένως, η υφή, η γεύση και η θρεπτική αξία του γάλακτος μπορούν να διατηρηθούν καλύτερα σε σύγκριση με τις εμπορικές πολυμερικές μεμβράνες.
Λόγω της μοναδικής στρωματικής δομής του πορώδους στρώματος ρύπανσης και της μεμβράνης οξειδίου του γραφενίου, η συγκέντρωση λακτόζης και ροής διαπερατότητας λακτόζης είναι πολύ υψηλότερη από αυτή των εμπορικών μεμβρανών νανοδιήθησης. Χρησιμοποιώντας μια μεμβράνη υποστήριξης με μέγεθος πόρων 1 μm ως μεμβράνη οξειδίου του γραφενίου, βελτιώνεται η μη αναστρέψιμη μόλυνση. Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό ενός πορώδους στρώματος ρύπανσης, το οποίο επιτρέπει υψηλότερο ρυθμό ανάκτησης της ροής νερού μετά το φιλτράρισμα του γάλακτος.
Υπογραμμίζοντας την εξαιρετική αντιρρυπαντική του απόδοση και την υψηλή εκλεκτικότητα στη λακτόζη, αυτή η πρωτοποριακή εργασία καταδεικνύει την εφαρμογή μεμβρανών οξειδίου του γραφενίου στη βιομηχανία τροφίμων, ιδίως στη γαλακτοκομική βιομηχανία. Αυτή η μέθοδος διατηρεί το μεγάλο δυναμικό αφαίρεσης ζάχαρης από ποτά, διατηρώντας παράλληλα άλλα συστατικά, αυξάνοντας έτσι τη θρεπτική τους αξία.
Οι υψηλές αντιρρυπαντικές ιδιότητες των πλούσιων σε οργανικά διαλύματα (όπως το γάλα) το καθιστούν ιδανική επιλογή και για άλλες εφαρμογές (όπως η επεξεργασία λυμάτων και οι ιατρικές εφαρμογές). Η ομάδα σχεδιάζει να συνεχίσει να διερευνά την εφαρμογή της μεμβράνης οξειδίου του γραφενίου.
Αυτή η εργασία βασίζεται σε προηγούμενα ερευνητικά αποτελέσματα της ομάδας, δηλαδή στη δημιουργία ψεκαζόμενων μεμβρανών οξειδίου του γραφενίου («Αποτελεσματική απόρριψη NaCl και χρωστικής από υβριδικές μεμβράνες οξειδίου του γραφενίου/γραφενίου σε στρώσεις») για την αφαλάτωση θαλασσινού νερού στη φυσική νανοτεχνολογία. Η μεμβράνη παρουσιάζει βελτιωμένη χημική σταθερότητα με την προσθήκη λίγων στρώσεων γραφενίου, ενώ παράλληλα παρουσιάζει σταθερή απόδοση φιλτραρίσματος μετά από πέντε ημέρες λειτουργίας. Επιπλέον, η μέθοδος εναπόθεσης με ψεκασμό είναι πολύ ελπιδοφόρα όσον αφορά την επεκτασιμότητα.
Υπογραμμίζοντας την εξαιρετική αντιρρυπαντική του απόδοση και την υψηλή εκλεκτικότητα στη λακτόζη, αυτή η πρωτοποριακή εργασία καταδεικνύει την εφαρμογή μεμβρανών οξειδίου του γραφενίου στη βιομηχανία τροφίμων, ιδίως στη γαλακτοκομική βιομηχανία. Αυτή η μέθοδος διατηρεί το μεγάλο δυναμικό αφαίρεσης ζάχαρης από ποτά, διατηρώντας παράλληλα άλλα συστατικά, αυξάνοντας έτσι τη θρεπτική τους αξία.
Οι υψηλές αντιρρυπαντικές ιδιότητες των πλούσιων σε οργανικά διαλύματα (όπως το γάλα) το καθιστούν ιδανική επιλογή και για άλλες εφαρμογές (όπως η επεξεργασία λυμάτων και οι ιατρικές εφαρμογές). Η ομάδα σχεδιάζει να συνεχίσει να διερευνά την εφαρμογή της μεμβράνης οξειδίου του γραφενίου.
Αυτή η εργασία βασίζεται σε προηγούμενα ερευνητικά αποτελέσματα της ομάδας, δηλαδή στη δημιουργία ψεκαζόμενων μεμβρανών οξειδίου του γραφενίου («Αποτελεσματική απόρριψη NaCl και χρωστικής από υβριδικές μεμβράνες οξειδίου του γραφενίου/γραφενίου σε στρώσεις») για την αφαλάτωση θαλασσινού νερού στη φυσική νανοτεχνολογία. Η μεμβράνη παρουσιάζει βελτιωμένη χημική σταθερότητα με την προσθήκη λίγων στρώσεων γραφενίου, ενώ παράλληλα παρουσιάζει σταθερή απόδοση φιλτραρίσματος μετά από πέντε ημέρες λειτουργίας. Επιπλέον, η μέθοδος εναπόθεσης με ψεκασμό είναι πολύ ελπιδοφόρα όσον αφορά την επεκτασιμότητα.
Ώρα δημοσίευσης: 20 Ιουλίου 2021
