Preparación cuidadosa de la muestra, La tomografía electrónica y el análisis cuantitativo de modelos 3-D proporcionan información única sobre la estructura interna de las membranas de ósmosis inversa ampliamente utilizadas para la desalinización de agua salada, el reciclaje de aguas residuales y el uso doméstico. según un equipo de ingenieros químicos.

Estas membranas de ósmosis inversa son capas de material con una capa de poliamida aromática activa que permite el paso de moléculas de agua, pero filtra del 99 al 99,9 por ciento de la sal.

"A medida que aumenta el estrés hídrico, se necesitan mejores materiales de filtración de membrana para mejorar la recuperación de agua, prevenir el ensuciamiento, y extender la vida útil de los módulos de filtración manteniendo costos razonables para garantizar la accesibilidad en todo el mundo, "dijo Enrique Gómez, profesor de ingeniería química, Penn State. "Sabiendo cómo se ve el material en el interior, y comprender cómo esta microestructura afecta las propiedades del transporte de agua, es crucial para diseñar membranas de próxima generación con una vida útil más prolongada que puedan funcionar en un conjunto diverso de condiciones ".

Gomez y su equipo observaron la estructura interna de la película de poliamida utilizando tomografía de microscopía electrónica de transmisión de barrido de campo oscuro anular de alto ángulo (HAADF-STEM). La intensidad de la imagen de HAADF-STEM es directamente proporcional a la densidad del material, permitiendo el mapeo del material a una resolución a nanoescala.

"Descubrimos que la densidad de la capa de poliamida no es homogénea, ", dijo Gómez." Pero en cambio varía a lo largo de la película y, en este caso, es más alto en la superficie ".

Este descubrimiento cambia la forma en que los ingenieros piensan sobre cómo se mueve el agua a través de este material. porque la resistencia al flujo no es homogénea y es mayor en la superficie de la membrana.

HAADF-STEM permitió a los investigadores construir modelos 3-D de la estructura interna de la membrana. Con estos modelos, pueden analizar los componentes estructurales y determinar qué características deben permanecer para que la membrana funcione y cuáles podrían manipularse para mejorar la longevidad de la membrana, antiincrustante y mejorar la recuperación de agua.

Otra característica revelada a través de HAADF-STEM fue la presencia, o más bien ausencia, de vacíos cerrados previamente reportados. Los investigadores pensaron que la estructura fina de las membranas contendría espacios vacíos cerrados que podrían atrapar agua y alterar los patrones de flujo. Los modelos 3-D muestran que hay pocos vacíos cerrados en el material de última generación estudiado.

"Variaciones locales en la porosidad, La densidad y el área de superficie conducirán a la heterogeneidad en el flujo dentro de las membranas, tal que conectando la química, microestructura y rendimiento de membranas para ósmosis inversa, ultrafiltración, filtración de virus y proteínas, y las separaciones de gas requerirán reconstrucciones tridimensionales a partir de técnicas como la tomografía electrónica, "informan los investigadores en una edición reciente de procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

A los investigadores les gustaría llevar la resolución de esta técnica por debajo de 1 nanómetro.

"No sabemos si existen poros subnanométricos en estos materiales y queremos poder impulsar nuestras técnicas para ver si existen estos canales". ", dijo Gómez." También queremos mapear cómo se mueve el flujo a través de estos materiales para conectar directamente cómo la microestructura afecta el flujo de agua, marcando o tiñendo la membrana con compuestos especiales que pueden fluir a través de la membrana y ser visualizados en el microscopio electrónico ".