Membranas de combustión para tamizado molecular

18 de agosto de 2022

por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah

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

La filtración juega un papel crucial en muchas industrias, desde la purificación de agua hasta la producción farmacéutica. La nanofiltración de disolventes orgánicos, por ejemplo, utiliza membranas con poros diminutos para eliminar moléculas que se disuelven 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 postdoctorado Rifan Hardian. Estas membranas normalmente necesitan reticuladores químicos adicionales para mejorar su estabilidad, lo que complica su fabricación. Muchas membranas, a medida que se hinchan y envejecen, también tienden a perder su rendimiento e incluso pueden romperse y liberar trazas de contaminantes.

Hardian y sus colegas de KAUST, Mahmoud A. Abdulhamid y Gyorgy Szekely, ahora han superado estos inconvenientes al crear un nuevo tipo de membrana de tamiz molecular de carbono (CMS) que no requiere reticuladores adicionales.

La membrana se basa en un polímero llamado 6FDA-DMN, que se puede formar en una membrana porosa plana con buena estabilidad térmica. Hornear la membrana de polímero a 400–600 grados Celsius durante varias horas quemó gradualmente algunos de sus grupos químicos para dejar una membrana resistente hecha completamente de carbono. Las imágenes del microscopio electrónico mostraron que a las temperaturas más altas, este proceso de carbonización también redujo considerablemente los poros de la membrana.

Después de ajustar las condiciones utilizadas para fabricar la membrana CMS, los investigadores probaron sus capacidades de filtración utilizando soluciones que contenían moléculas con una variedad de tamaños. El perfil de las moléculas retenidas por la membrana, en comparación con las que pasaban a través de sus poros, reveló la eficacia de la membrana para tamizar diferentes moléculas.

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

"Una combinación de alto rechazo de moléculas pequeñas y alta permeabilidad a los disolventes indica un mejor rendimiento de la membrana", explica Hardian. "Las membranas también exhibieron una estabilidad excepcional en varios solventes orgánicos, incluidos ácidos y bases, durante un largo período".

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

La investigación fue publicada en Applied Materials Today.

Más información: Mahmoud A. Abdulhamid et al, Membranas de tamiz molecular de carbono con estructura asimétrica de piel integral para nanofiltración de solventes orgánicos (OSN) y ósmosis inversa de solventes orgánicos (OSRO), Applied Materials Today (2022). DOI: 10.1016/j.apmt.2022.101541

Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah