Los investigadores de Argonne han demostrado la viabilidad de una nueva técnica para membranas.

Ya sea agua del grifo o una taza de café, casi todo lo que bebemos pasa por algún tipo de filtro. La capacidad de transformar líquidos de esta manera es esencial para la vida diaria, sin embargo, a menudo descansa sobre membranas relativamente delicadas que pueden obstruirse o degradarse rápidamente.

Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) están diseñando formas de tratar las membranas para que puedan filtrar mejor los líquidos y resistir la degradación de los químicos de procesamiento industrial y los biofoulantes. La técnica patentada de síntesis de infiltración secuencial (SIS) de Argonne puede alterar fundamentalmente una membrana desde adentro, permitiendo un control mucho mayor sobre su composición química y tamaño de poro.

SIS se ha mostrado prometedor para la fabricación de semiconductores, Recubrimientos ópticos y esponjas que limpian los derrames de aceite. Ahora, por primera vez, Los investigadores de Argonne han demostrado la viabilidad de la técnica para las membranas.

Concebido por primera vez en 2010 por investigadores de Argonne, SIS es un primo de la deposición de la capa atómica, o ALD. Ambas técnicas utilizan vapores químicos para alterar la interfaz de un material como una membrana.

"Pero hay una deficiencia importante de ALD para esta aplicación, "dijo Seth Darling, director del Instituto de Ingeniería Molecular de Argonne y del Centro de Investigación de la Frontera Energética de Materiales Avanzados para Sistemas Energía-Agua. "Al cubrir los poros de una membrana con una técnica como ALD, los está restringiendo ".

Eso es porque ALD básicamente agrega capas en la parte superior de la membrana, lo que disminuye lentamente los diámetros de los poros, de la misma manera que restringiría el flujo de aire a través de un respiradero en la pared si siguiera pintando sobre él. SIS, por otra parte, crece material dentro de la propia estructura de la membrana, cambiando su química sin afectar significativamente la forma de los poros.

"SIS puede lograr muchas de las cosas que ALD puede lograr en términos de ingeniería de la interfaz, "Darling dijo, "pero con una mínima constricción de los poros".

Casi todas las membranas comerciales están hechas de polímeros, moléculas grandes formadas a partir de cadenas repetidas de moléculas más pequeñas. SIS hace uso del espacio entre esas moléculas, penetrando en la superficie de la membrana y difundiéndose en ella con un material inorgánico. En su prueba de concepto, Darling y sus colegas usaron SIS para plantar las "semillas" de óxido de aluminio y lo cultivaron dentro de membranas de ultrafiltración (UF) de polietersulfona (PES), haciéndolos más resistentes sin comprometer la capacidad de filtración. Los resultados se publicaron en línea el 24 de septiembre en JOM, la revista de The Minerals, Sociedad de Metales y Materiales.

La técnica SIS permite una serie de mejoras en las membranas:la capacidad de evitar que las incrustaciones se adhieran a la superficie, por ejemplo, o resistencia a los disolventes que podrían ser necesarios en un entorno industrial pero que disolverían los materiales de membrana convencionales.

La capacidad de diseñar membranas de esta manera puede ayudar a reducir los costos en las plantas de tratamiento de agua o en las industrias química y farmacéutica al reducir el tiempo de inactividad y los costos asociados con el reemplazo de las membranas gastadas.

Darling y sus compañeros de trabajo utilizaron SIS para crear Oleo Sponge, que captura el aceite del agua. En ese caso, un óxido de metal que crece dentro de la superficie de la esponja sirve como lugar de injerto para las moléculas amantes del aceite.

"Puedes imaginar una estrategia similar con membranas, " él dijo, "Donde se injertan moléculas para dar selectividad u otras propiedades que está buscando".