En una primicia mundial un equipo de investigación internacional, dirigido por la Universidad de Monash y ANSTO, ha creado una membrana porosa ultrafina para separar completamente los iones potencialmente dañinos, como plomo y mercurio, del agua.

Esta innovación podría mejorar el proceso de desalinización y transformar el agua más sucia en algo potable para millones de personas en todo el mundo. La membrana funcionó de manera constante durante más de 750 horas utilizando energía limitada. También podría fabricarse a escala mundial, pendiente de más pruebas.

Los investigadores desarrollaron por primera vez nanoshojas de estructura de tetra- (4-carboxifenil) porfirina de aluminio monocapa estable al agua (denominadas AI-MOF), y demostraron su casi perfección como materiales de construcción para membranas en la separación de iones del agua.

Estas nanohojas de Al-MOF, exfoliado a solo una nanoescala de espesor, puede ayudar a eliminar los carcinógenos nocivos de la atmósfera mediante la creación de membranas altamente porosas para facilitar los procesos de separación de gases y disolventes orgánicos, como la pintura.

Los resultados del estudio se publican en Avances de la ciencia .

El estudio fue dirigido por el profesor Xiwang Zhang, Investigador del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Monash y Director del Centro de Investigación ARC para la Separación Energéticamente Eficiente, y el Dr. Qinfen Gu, Científico principal del Sincrotrón australiano de ANSTO.

"Debido a la rica porosidad y al tamaño uniforme de los poros, Los marcos orgánicos metálicos (MOF) ofrecen ventajas significativas sobre otros materiales para la separación de membranas precisa y rápida, "Dijo el profesor Zhang.

"Sin embargo, sigue siendo un desafío abrumador fabricar membranas MOF ultradelgadas (menos de 100 nanómetros) para el procesamiento relacionado con el agua, dado que la mayoría de las membranas de MOF informadas son típicamente gruesas y adolecen de una estabilidad hidrolítica insuficiente.

"En este primer estudio mundial, Pudimos usar estos Al-MOF ultrafinos para crear una membrana que es permeable al agua y, al mismo tiempo, lograr la máxima porosidad con casi el 100 por ciento de rechazo de iones. Este estudio es prometedor para la futura aplicación de esta membrana a otros procesos de filtración, como la separación de gases ".

Los polímeros son, con mucho, los materiales de membrana más difundidos, en gran parte debido a su fácil procesabilidad y bajo costo, sugiere el estudio.

Sin embargo, Las membranas poliméricas tradicionales para la separación de iones del agua generalmente contienen una capa selectiva densa, conduciendo a una selectividad limitada. A diferencia de, membranas nanoporosas, donde los nanoporos uniformes actúan como el papel de tamizado, puede superar esta limitación.

Este innovador estudio confirma que los nanoporos intrínsecos de las nanohojas de Al-MOF facilitan la separación de iones / agua mediante la creación de canales alineados verticalmente como la principal vía de transporte de las moléculas de agua. y fue posible gracias a la capacidad única del Sincrotrón australiano para analizar materiales a nivel molecular.

"Usamos un instrumento llamado línea de luz de Difracción de Polvo en el Sincrotrón Australiano de ANSTO, para comprender la diferencia entre la estructura molecular de las muestras de nanohojas, y muestras a diferentes temperaturas, para probar el rendimiento de la purificación de agua, "Dijo el Dr. Gu.

"La técnica, llamado in-situ, Caracterización de difracción de rayos X de polvo de alta temperatura, se realizó en las nanohojas, y durante el proceso no hubo variaciones obvias en las muestras al aumentar la temperatura, demostrando su robustez ".