Membranas de combustión de tamiz molecular

Una membrana de nanofiltración robusta que actúa como un tamiz molecular altamente eficiente puede evitar muchos problemas con las membranas poliméricas existentes.

La filtración juega un papel importante en muchas industrias, desde Purificación del agua para la producción de medicamentos. Por ejemplo, la nanofiltración con disolventes orgánicos utiliza membranas con pequeños poros para eliminarlos moléculas disuelto en disolventes orgánicos (basados ​​en carbono).

La nanofiltración es más eficiente energéticamente que los métodos de separación alternativos, como la destilación. Pero para resistir los rigores del uso industrial, las membranas de nanofiltración deben ser estables frente a solventes, ácidos y bases agresivos.

«Desafortunadamente, la mayoría de las membranas basadas en polímeros exhiben una estabilidad química deficiente», dice el investigador postdoctoral Revan Hardian. Estas membranas suelen necesitar enlaces químicos adicionales para mejorar su estabilidad, lo que complica su fabricación. Muchas membranas también tienden, a medida que se hinchan y avanzan, a perder su rendimiento y pueden desintegrarse para liberar trazas de contaminantes.

Hardian y sus colegas de KAUST, Mahmoud Abdelhamid y Georgie Zeckley, ahora han superado estos obstáculos al crear un nuevo tipo de membrana de tamiz molecular de carbono (CMS) que no requiere reticulación adicional.

La membrana se basa en un polímero llamado 6FDA-DMN, que puede moldearse en forma plana, membrana porosa Con buena estabilidad térmica. Tostar la película de polímero a 400-600°C durante varias horas quema gradualmente algunos de sus grupos químicos, dejando una película sólida hecha completamente de carbono. Las imágenes de microscopía electrónica mostraron que a las temperaturas más altas, este proceso de carbonatación también reduce significativamente los poros de la membrana.

Después de ajustar las condiciones utilizadas para fabricar la membrana CMS, los investigadores probaron su membrana Purificación Capacidad utilizando soluciones que contienen partículas de una gama de tamaños. El perfil de las moléculas retenidas por la membrana, en comparación con las que pasan a través de sus poros, reveló cuán efectiva fue la membrana para filtrar diferentes moléculas.

Las membranas preparadas a 600 °C funcionaron mejor, bloqueando la mayoría de las partículas más pequeñas y permitiendo que las partículas de solvente fluyan a través de ellas. El equipo también descubrió que la estructura porosa del polímero primario era clave para producir una membrana CMS con alta permeabilidad a los disolventes.

«La combinación de alto rechazo de moléculas pequeñas y alta permeabilidad a los solventes indica un mejor desempeño de la membrana», explica Hardian. «Las membranas también han mostrado una estabilidad excepcional en muchos solventes orgánicos, incluidos ácidos y bases, durante mucho tiempo».

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la permeabilidad de la membrana y planean incorporar varios nanomateriales en la membrana para controlar sus propiedades.

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