تعتبر دولة الإمارات واحدة من دول الشرق الأوسط العشرة المعرضة لمشكلة شح المياه. وللتغلب على تلك المشكلة، تم معالجة المياه التي يستخدمها السكان وإزالة الشوائب والأملاح منها من خلال عمليات التحلية التي تتطلب أغشية مياه بوليمرية تمر المياه من خلالها فتلتقط الشوائب والملوثات، إلا أن هذه الطريقة غير فعالة، وتحتاج إلى طاقة كبيرة.
ولإيجاد حلول لتلك التحديات، قام فريق بحثي من جامعة خليفة بإشراف الدكتور لورديس فيغا، أستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة خليفة ومدير مركز البحث والابتكار في ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين، ببحث التكنولوجيا النانوية لأغراض معالجة المياه، حيث ضم الفريق البحثي كلاً من الدكتور دانييل باهامون، العالم البحثي في مركز البحث والابتكار في ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين والدكتور إيون سيون شو، الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية والأحياء الجزيئية في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا، والذين قاموا بتطوير أغشية مياه نانوية باستخدام مادة الغرافين، كما قاموا بتحليل قدرتها على السماح للمياه بالمرور خلالها والتقاط الجزيئات المذابة لتنقية المياه بفعالية.
وفي هذا الإطار، قال الدكتور لورديس: "ازداد الطلب على المياه النقية والنظيفة مؤخراً ويرجع ذلك إلى النمو السكاني السريع وأسباب أخرى تتعلق بتغير المناخ، كما تعاني المياه النظيفة في الوقت الحالي من سهولة التلوث بسبب التطور والأنشطة الصناعية التي يقوم بها الإنسان. لذلك، نحتاج إلى وسيلة نحافظ من خلالها على نظافة مصادر المياه، ومن إحدى هذه الوسائل هي تنقية المياه باستخدام الأغشية والتي تقوم على فصل الشوائب والأملاح عن المياه بطريقة اقتصادية. ولتحقيق ذلك فقد تمت دراسة العديد من مواد الأغشية المتنوعة بهدف تنقية المياه ولكن نظراً لعدم الاستقرار الميكانيكي والكيميائي للبوليمرات تم التوصل إلى عدم صلاحية استخدام هذه الأغشية في عمليات تنقية المياه واسعة النطاق وهو ما قادنا إلى البحث عن أغشية بديلة، حيث قمنا بدراسة الأغشية المصنوعة من مادة الغرافين، وبصفة خاصة أكسيد الغرافين".
وتعتبر مادة الغرافين ومشتقاتها بدائل حديثة لأغشية تنقية المياه بفعالية، ويرجع ذلك لشبكة قنواتها النانوية والتي تسمح للمياه بالمرور خلالها مع ضمان عدم مرور الشوائب والمواد الذائبة غير المرغوب فيها، إلا أنه من الصعب الحفاظ على كفاءة أداء الأغشية مع مرور الزمن، الأمر الذي يتطلب ضرورة إبقاء القنوات النانوية بحالة جيدة لضمان الاستفادة منها لفترة طويلة.
وقد دفع هذا التحدي الفريق البحثي إلى تطوير أغشية أكسيد الغرافين بالاستعانة بأيونات البوتاسيوم والإيثرات التاجية بهدف إنشاء قناة نانوية مركبة، حيث كانت تلك القناة ضيقة بشكل جزئي في السابق. وتلعب القناة النانوية الفرعية دوراً هاماً في وقف عملية انتشار الأيونات خلال عملية التنقية.