La membrana separó efectivamente una mezcla de dos tintes (azul) en sus componentes, volviéndose amarillo el agua dulce. Crédito:Sociedad Química Estadounidense
Los materiales orgánicos covalentes con microestructuras porosas bien ordenadas podrían proporcionar las membranas necesarias para que la tecnología cumpla con los controles ambientales cada vez más estrictos y sea rentable de producir.
Los investigadores de KAUST han generado membranas cristalinas, que consiste en bloques de construcción orgánicos unidos por enlaces covalentes, que permiten la purificación y recuperación de disolventes orgánicos con alta selectividad y alto flujo. Las membranas también tienen potencial para procesos innovadores en la industria química.
La nanofiltración de solventes orgánicos generalmente involucra membranas a base de polímeros que presentan poros diminutos pero forman redes densas y amorfas. Materiales microporosos bien ordenados, como zeolitas y estructuras organometálicas, funcionan significativamente mejor que estas membranas convencionales en varios procesos de separación. Sin embargo, no son adecuados para un uso extensivo en la separación de líquidos debido a su escasa estabilidad estructural y química en líquidos.
Ahora, un equipo dirigido por Zhiping Lai, ha desarrollado un enfoque sintético que produce materiales microporosos bien ordenados que se estabilizan mediante enlaces covalentes ceto-enamina. Estos enlaces se producen a partir de la reacción entre grupos funcionales amina y aldehído de compuestos orgánicos.
Los investigadores sintetizaron alto flujo, membranas de nanofiltración de solventes de alta selectividad (amarillo, izquierda) de un covalente, orgánico, material poroso (derecha). Crédito:Sociedad Química Estadounidense
Los investigadores fabricaron las membranas mediante el método Langmuir-Blodgett, que produjo de manera confiable películas delgadas de gran área de espesor bien definido utilizando aldehído anfifílico y precursores de amina. Ellos depositaron las soluciones de la mezcla de precursores sobre una superficie de agua para formar estructuras hexagonales bidimensionales débilmente unidas. Una vez que el solvente se evaporó, comprimieron las películas lateralmente y agregaron un ácido orgánico a la mezcla, transformar los enlaces reversibles en enlaces covalentes ceto-enamina y sellar las estructuras hexagonales en su lugar.
Las nuevas membranas superaron a los análogos amorfos fabricados utilizando el mismo método y los mejores sistemas basados en polímeros. "Comparten la misma química que los análogos de polímeros, resultando en hidrotermales similares, Estabilidades químicas y mecánicas. pero sus flujos son mayores, "dice becario postdoctoral, Digambar Shinde, primer autor del artículo.
Durante el proceso Langmuir-Blodgett (izquierda), las moléculas de amina y aldehído formaron gradualmente una red bidimensional extendida en la interfaz aire-agua (centro). La red estaba formada por moléculas de amina y aldehído emparejadas en estructuras hexagonales (derecha). Crédito:Digambar Shinde
La permeabilidad a los solventes orgánicos de las nuevas membranas es casi un orden de magnitud mayor que la de las membranas poliméricas mejor reportadas, Él agrega. Las membranas eran más estables que las estructuras organometálicas y más rentables que las membranas inorgánicas. También podrían separar mezclas de moléculas de colorante que difieran en pesos y tamaños moleculares.
Actualmente, el equipo está trabajando para extender el uso de las membranas a una multitud de aplicaciones. "Los tamaños de poro de estas membranas son adecuados para el pretratamiento de desalinización de agua de mar, procesamiento de alimentos, purificación de procesos farmacéuticos y médicos, como la hemodiálisis, "dice Shinde. Las membranas también pueden ser útiles para eliminar metales pesados, virus y bacterias.
