استفاده از پنبه برای جداسازی ارزان و با کارایی بالا نانولوله‌‌های کربنی

محققان با استفاده از پنبه اصلاح شده، موفق به جداسازی نانولوله‌های کربنی شدند. این روش بسیار ارزان بوده و کارایی بالایی دارد.

نانولوله‌‌های کربنی (CNT) خانواده‌ای از نانوساختارهای ‌یک‌بُعدی با کاربردهای تأیید شده متعدد است که به دلیل ویژگی‌های مکانیکی، نوری و رسانایی بسیار مورد توجه هستند.

با این حال، استفاده از CNT‌ها با وجود گونه‌هایی با ساختارهای مختلف در فرآیند تولید، با مشکل مواجه می‌شود.

روش‌های مختلفی برای جداسازی CNT وجود دارد، اما به سختی می‌توان از آن‌ها استفاده کرد، یکی از این دلایل، بالا بودن قیمت معرف‌های مورد نیاز برای جداسازی است. البته بیشتر این روش‌ها در ابتدا برای مرتب‌سازی پروتئین‌ها ارائه شده بود و فقط اخیراً برای جداسازی CNT از آنها استفاده شده‌ است.

به تازگی مقاله‌ای در نشریه کربن به چاپ رسیده که در آن، نویسندگان یک روش جداسازی جدید و مقرون به صرفه، مناسب برای پردازش در مقیاس صنعتی CNT‌ها را پیشنهاد داده‌اند. روش جداسازی براساس عبور محلول CNT از ستونی است که با پشم پنبه اصلاح شده شیمیایی پر شده‌ است.

در اصل، این روش یکی از روش‌های جداسازی موجود به نام نفوذ ژل انتخابی است که به‌عنوان اساس کروماتوگرافی ستونی قلمداد می‌شود. یعنی، محلول حاوی CNT‌ها از یک ستون عبور می‌کند، که با ژل مهره‌ای آگارز و یا دکستران با نام‌های تجاری «سفاروز» و «سفاکریل» پر شده‌ است. آگارز و دکستران هر دو پلی ساکارید هستند که از واحدهای سازنده گلوکز یا گلوکز ساخته شده‌اند. سلولز یک پلی ساکارید طبیعی است.

پنبه سلولز طبیعی است و به دلیل ساختار الیافی دارای مساحت سطحی بالایی است. تیمور خامیدولین، دانشجوی دکترای گروه آیرات دیمیف (آزمایشگاه نانومواد کربن پیشرفته، دانشگاه فدرال کازان) در ابتدای کار با استفاده از پشم پنبه طبیعی خریداری شده از یک داروخانه محلی استفاده کرد. علیرغم کارایی مرتب‌سازی کم، جداسازی به خوبی انجام شد، او به این نتیجه رسید که پنبه می‌تواند به‌عنوان پرکننده ستون استفاده شود.

آیرات دیمیف با اتکا به این نتیجه اولیه، تصمیم به اصلاح شیمیایی پشم پنبه برای تغییر ماهیت شیمیایی سطح آن گرفت. نتایج حتی بالاتر از انتظارات بودند.

این امر باعث شد کارآیی تفکیک بهتری نسبت به اولین آزمایش به‌دست آید. برای تنظیم دقیق و اصلاح شیمیایی پنبه یک سال و نیم کار روی این پروژه انجام شد.

استفاده از پشم پنبه اصلاح شده اجازه دستیابی به سطحی از جداسازی را می‌دهد که قبلاً هرگز برای CNT‌های Tuball گزارش نشده بود. علاوه‌بر این، پشم پنبه اصلاح شده حدود ۲۰۰ برابر ارزان‌تر از هیدروژل‌های پایه آگارز و دکستران است که در حال حاضر در روش جداسازی نفوذ ژل انتخابی استفاده می‌شود. مقیاس‌پذیری روش فقط با قطر ستون جداسازی محدود می‌شود.