Las membranas delgadas como una oblea diseñadas para separar moléculas específicas de los líquidos podrían mejorar la eficiencia del refinado de petróleo y la fabricación de productos farmacéuticos.

Filtrado de disolventes orgánicos:líquidos a base de carbono, como aceites y alcoholes, que disuelven otras sustancias, es crucial para el petróleo, empresas químicas y farmacéuticas que deben crear constantemente el producto más puro.

Técnicas tradicionales de extracción, como la destilación, utilizan grandes cantidades de energía, y alternativas ecológicas emergentes, como membranas, enfrentar otros desafíos. Por ejemplo, Los materiales porosos deben resistir a menudo disolventes altamente reactivos mientras filtran las moléculas objetivo de un tamaño y forma particulares. Se encuentran disponibles algunas membranas muy eficientes para separar la sal del agua en la desalinización de agua de mar, pero no son tan efectivos para separar más pequeños, moléculas muy similares en disolventes orgánicos.

Un equipo dirigido por investigadores de KAUST ha creado una membrana porosa ultrafina utilizando bloques de construcción moleculares cuidadosamente elaborados, conocidas como trianglaminas. "Puedes imaginarlo como LEGO, "explica Suzana Nunes, profesor de Ciencias e Ingeniería Química y Ambiental, "donde se toman triángulos huecos preformados y se ensamblan en una película plana". Al definir primero el tamaño de los poros y la carga eléctrica de estas moléculas triangulares, Continuaron creando una membrana que podría separar moléculas de diferentes tamaños y formas.

El grosor de la membrana también es fundamental para la eficacia del filtrado. "Para una filtración más rápida, la película debe ser lo más fina posible para evitar una resistencia innecesaria al paso del disolvente, "dice Nunes. Para lograrlo, separaron los dos ingredientes principales (cloruro de tereftaloilo y las trianglaminas preformadas) en dos fluidos diferentes que no se mezclan (aceite y agua, respectivamente), forzando que la reacción ocurra solo en la interfaz donde se unen los fluidos ". Descubrimos que esto formaba una capa extremadamente delgada de unos pocos nanómetros, "dice Tiefan Huang, el autor principal, "mucho más delgadas que las membranas comerciales comunes preparadas de esta manera". Cada película tenía entre 3,5 y 10 nanómetros, dependiendo de cuánto tiempo continuó la reacción.

El equipo probó sus membranas en tintes de colores con tamaños moleculares similares pero distintos. Todas sus membranas filtraron al menos el 90 por ciento de las moléculas de color que pesaban más de 450 gramos por mol. superando con creces a algunas de las otras membranas que probaron. "El rendimiento de las membranas no se deterioró después de 48 horas de filtración continua, "agrega Huang. E incluso resistieron la exposición a sustancias más agresivas, incluyendo acetona y metanol.

"La purificación molecular para productos farmacéuticos puede implicar muchos pasos, "explica Nunes." Membranas más selectivas y resistentes como la nuestra pueden simplificar el proceso, haciéndolo más rentable. La maquinaria que utilizamos ya es ampliamente utilizada en la industria de las membranas, " ella agrega, "para que pueda ampliarse fácilmente para la fabricación".

Las membranas de este estudio se diseñaron específicamente para moléculas de alrededor de 400 gramos por mol. "A continuación, trabajaremos en una cartera de bloques de construcción para que podamos hacer membranas para seleccionar moléculas de muchas formas y tamaños diferentes, "dice Nunes, "y, en última instancia, ayudar a que la separación de disolventes orgánicos sea más sostenible".