Las membranas hechas a medida ofrecen un método más limpio para la separación a escala industrial de mezclas químicas, dice Suzana Nunes. Pero primero tenemos que hacer que su fabricación sea más ecológica.

Las membranas poliméricas porosas realmente podrían limpiar en las industrias química y biotecnológica, Suzana Nunes cree. Así como las membranas permeables han desplazado a las técnicas que consumen mucha energía, como la evaporación para desalinizar el agua de mar, las membranas podrían ser una opción mucho más ecológica para innumerables purificaciones químicas industriales, dice el profesor de ciencias e ingeniería ambiental de KAUST.

Antes de hacer el cambio, hay un desafío que superar, Nunes argumenta. Irónicamente, a pesar de sus aplicaciones medioambientales, el proceso clásico para hacer la membrana está en sí mismo lejos de ser verde. La mayoría de las membranas se fabrican con disolventes orgánicos volátiles, exponer a los trabajadores a vapores nocivos. Estos disolventes están en la lista de la UE de productos químicos industriales para los que existe la necesidad más urgente de encontrar limpiadores. alternativas más seguras. En muchos países, los disolventes se enfrentan a una posible prohibición.

"La industria reconoce la importancia de sustituir estos disolventes orgánicos, "Dice Nunes." ¿Pero sustituirlos por qué? "

Tomando la delantera en la producción verde

Ahí es donde debe entrar la investigación, Nunes dice:y donde ella misma está tomando la delantera. Nunes tiene en mente una solución de dos pasos al problema de las membranas:demostrar a la industria un método más limpio para fabricarlas; luego demuestre que estas membranas verdes funcionan igual de bien, o mejor, que las membranas fabricadas convencionalmente para separaciones industriales.

El progreso en el paso uno ya está muy avanzado. La forma clásica de hacer una membrana es tomar un polímero y disolverlo en un solvente orgánico. La solución se vierte en una capa delgada, y parte del solvente se deja evaporar antes de sumergirlo en agua para completar el proceso, Nunes explica ... El tamaño de los poros en la hoja de polímero resultante decide en gran medida qué componentes de una mezcla química pueden atravesar la membrana y cuáles son rechazados.

Nunes defiende un enfoque alternativo para la fabricación de membranas. "Nuestro trabajo se ha centrado en utilizar líquidos iónicos como disolvente, ", dice. Los líquidos iónicos son sales que son líquidas a temperatura ambiente, pero son completamente no volátiles, haciéndolos mucho más seguros para los trabajadores. Los líquidos iónicos han sido un tema candente de la investigación de la química verde durante la última década y ahora se encuentra disponible comercialmente una amplia gama.

Haciendo progreso

Nunes y su equipo en KAUST ya están creando membranas utilizando líquidos iónicos. Muchas membranas porosas de alto rendimiento existentes incorporan un polímero llamado polietersulfona y el año pasado, los investigadores demostraron que podían fabricarlos utilizando un disolvente líquido iónico1. Y lo que es más, la nueva membrana superó a un equivalente producido convencionalmente para separar mezclas complejas de péptidos y proteínas, actualmente un proceso costoso y laborioso para la industria biotecnológica. Las aplicaciones son vastas. Por ejemplo, muchos medicamentos nuevos son medicamentos biológicos elaborados a partir de proteínas, que debe estar altamente purificado antes de ser administrado a los pacientes. Las membranas porosas adecuadas podrían simplificar drásticamente este proceso.

El cambio a líquidos iónicos para la fabricación de membranas debería tener otras ventajas, Nunes argumenta. "Creemos que podríamos disolver polímeros que hasta ahora no podíamos disolver, y ampliar el tipo de materiales que podemos utilizar para las membranas, "Dice Nunes.

La fabricación de membranas a partir de nuevos materiales podría ser un beneficio real para muchas separaciones de la industria química. donde agarrar una membrana comercial existente del estante a menudo no es una opción viable. Los dos principales usos actuales de las membranas, las membranas de diálisis para el cuidado de la salud y las membranas de desalinización para la producción de agua dulce, involucran líquidos a base de agua a temperaturas benignas. Pero las separaciones químicas pueden involucrar disolventes orgánicos, ácidos o álcalis y altas temperaturas. Estas condiciones corrosivas degradarán rápidamente una membrana regular.

Paralelamente a su trabajo en líquidos iónicos, Nunes ha estado desarrollando membranas basadas en poli (oxindolbifenilileno), que son impermeables a pH extremos y pueden separar con éxito mezclas químicas en disolventes orgánicos a temperaturas sin precedentes de más de 300 ° C2. "Este es un tema de verdadera relevancia industrial, donde podamos contribuir cada vez más en los próximos años, " ella dice.

La combinación de este tipo de resiliencia de la membrana con la fabricación a base de líquido iónico es el próximo desafío que los investigadores deben asumir para maximizar los beneficios ambientales de las membranas. Dice Nunes.

"Dentro de diez años, Espero haber convencido a la industria de las membranas, y ya estarán usando solventes alternativos, ", dice." Y estoy segura de que usaremos membranas en la industria química mucho más de lo que se usan ahora, ", añade." Ahí es donde los investigadores como yo pueden contribuir más al cambio ".