Los fabricantes de productos químicos consumen una gran cantidad de energía cada año separando y refinando materias primas para fabricar una amplia variedad de productos, incluida la gasolina, plásticos y alimentos.

En un intento por reducir la cantidad de energía utilizada en las separaciones químicas, Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia están trabajando en membranas que podrían separar los productos químicos sin utilizar procesos de destilación que consumen mucha energía.

"La gran mayoría de las separaciones en el campo en una variedad de industrias son sistemas impulsados ​​térmicamente como la destilación, y debido a eso, gastamos una cantidad excesiva de energía en estos procesos de separación:entre el 10 y el 15 por ciento del presupuesto energético global se gasta en separaciones químicas, "dijo Ryan Lively, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech. "Las separaciones que evitan el uso de calor y un cambio de fase química son mucho menos intensivas en energía. En la práctica, su uso podría producir una reducción del 90 por ciento en el costo de la energía ".

Las membranas de plástico ya pueden separar ciertas moléculas en función del tamaño y otras diferencias, como en la desalinización de agua de mar. Pero hasta ahora la mayoría de las membranas han sido incapaces de soportar fuertes corrientes químicas ricas en solventes al mismo tiempo que realizan tareas de separación desafiantes.

En un estudio publicado el 18 de julio en Química de Materiales y patrocinado por el Departamento de Defensa y la Fundación Nacional de Ciencias, los investigadores describen un proceso para tomar una membrana a base de polímero e infundirla con una red de óxido metálico. La membrana resultante es mucho más eficaz para hacer frente a los productos químicos agresivos sin degradarse.

"Después de colocar la membrana prefabricada dentro de nuestro reactor, simplemente lo exponemos a vapores que contienen metal que se infunden dentro del material de la membrana, "dijo Mark Losego, profesor asistente en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales. "Este proceso se llama infiltración en fase de vapor, y crea una red uniforme de óxido metálico a lo largo de la membrana de polímero. Lo llamamos membrana 'híbrida' ".

La membrana híbrida no solo pudo resistir mejor los disolventes, sus capacidades de separación química también mejoraron.

"Algunas sustancias químicas que deben separarse son muy similares en cuanto a su tamaño, forma y otras propiedades, lo que los hace aún más difíciles de procesar con membranas, "Lively dijo." Estas nuevas membranas híbridas son mucho más selectivas. Pueden separar sustancias químicas que son más similares entre sí ".

El equipo de investigación que incluía estudiantes de posgrado Fengyi Zhang, Emily McGuinness y Yao Ma, probaron las nuevas membranas híbridas en productos químicos agresivos como el tetrahidrofurano, diclorometano y cloroformo, solventes orgánicos que disuelven la membrana de polímero puro en minutos. Las membranas híbridas permanecieron estables durante varios meses durante la prueba.

Los investigadores también probaron separar dos sustancias químicas de tamaño muy parecido. Las membranas híbridas fueron capaces de diferenciar moléculas aromáticas que diferían en tamaño en tan solo 0,2 nanómetros.

"Una de las cosas más interesantes de este trabajo fue lo sencillo que es este proceso desde una perspectiva de fabricación, ", Dijo Losego." Básicamente, estamos tomando membranas prefabricadas y aplicándoles un tratamiento. Eso es algo que sería muy sencillo de traducir a escala industrial ".

La investigación futura sobre las membranas implicará analizar cómo ajustar las infusiones de óxido y crear nuevos tipos de membranas híbridas capaces de separar una variedad de otras sustancias químicas.