Estructura de membrana; la capa superior (rosa) muestra una morfología de capa selectiva que contiene micelas empaquetadas. Los espacios entre las micelas forman nanoporos de membrana con un tamaño de 1-3 nanómetros Crédito:Ilin Sadeghi, coautor del estudio y Ph.D. de la Universidad de Tufts. candidato
Un equipo de ingenieros químicos y biológicos ha desarrollado filtros de membrana altamente selectivos que podrían permitir a los fabricantes separar y purificar los productos químicos de formas que actualmente son imposibles. permitiéndoles utilizar potencialmente menos energía y reducir las emisiones de carbono, según los hallazgos publicados en forma impresa hoy en la revista ACS Nano .
Los científicos de la Universidad de Tufts dijeron que las membranas sofisticadas pueden separar los compuestos orgánicos no solo por su tamaño, tan pequeño como una molécula, sino también por su carga electrostática. lo que significa que los fabricantes pueden clasificar los compuestos por tamaño y tipo. Las membranas utilizan un simple, proceso escalable en el que un polímero especial se disuelve en un disolvente y se recubre sobre un soporte poroso. El polímero se autoensambla para crear canales de aproximadamente 1 nanómetro que imitan los sistemas biológicos, como los canales iónicos, que controlan el paso de compuestos a través de las membranas celulares con gran eficacia.
El autor para correspondencia Ayse Asatekin, Doctor., profesor de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería de Tufts, dijo que el descubrimiento del equipo responde a los pedidos de toda la industria para el desarrollo de soluciones más eficientes para separar los productos químicos, que representa del 10 al 15 por ciento del uso global de energía, según un informe de Nature.
"Nuestro estudio es prometedor porque es la primera demostración de una nueva forma de fabricar estas membranas selectivas que son tan importantes para la fabricación de productos químicos". ", dijo." El diseño de membranas muy selectivas que pueden realizar estas complejas separaciones podría realmente impulsar la eficiencia energética y reducir en gran medida los residuos de fabricación ".
Las membranas de nuevo diseño pueden:
Asatekin señaló que la separación basada en cargas mejora cuando la solución contiene una mezcla de solutos, lo que indica que la estructura de la membrana imita con éxito cómo funcionan los sistemas biológicos, como los canales iónicos. Este descubrimiento ha llevado a los investigadores a creer que este enfoque se puede utilizar para abordar otras separaciones, y producir selectividades por encima y más allá de lo que se puede lograr utilizando membranas convencionales.
"Esto significa que potencialmente podríamos hacer filtros que sean capaces de separaciones que no se pueden lograr actualmente. Los filtros de hoy generalmente se limitan a separar grandes de pequeños, y queremos poder separar compuestos del mismo tamaño pero diferentes, "Dijo Asatekin.
Esquema del mecanismo de formación de la capa selectiva de membrana con nanocanales cargados. (a) La estructura del polímero con grupos cargados (b) Formación de micelas en metanol, (c) micelas recubiertas sobre un soporte poroso, donde forman una matriz empaquetada de micelas esféricas con grupos de ácido carboxílico. Crédito:Ilin Sadegh, coautor del estudio y Ph.D. de la Universidad de Tufts. candidato
Asatekin señaló que algunas aplicaciones potenciales para este proyecto incluyen la purificación de antibióticos, aminoácidos, antioxidantes y otros compuestos biológicos de moléculas pequeñas, y la separación de líquidos iónicos del azúcar en instalaciones de biorrefinería. Sin embargo, Ella dijo que cree que este enfoque general podría adaptarse aún más a diferentes separaciones con más investigación.
Asatekin es el investigador principal de Smart Polymers, Membranas y Laboratorio de Separaciones en Tufts. El laboratorio tiene como objetivo desarrollar la próxima generación de membranas diseñándolas a partir de moléculas. Las membranas se basan en polímeros que se autoensamblan, formar nanoestructuras, y exponen funcionalidades químicas que les permiten realizar tareas que normalmente no se esperan de las membranas. Eliminan no solo bacterias sino también metales pesados, reaccionar a los estímulos, y separar moléculas pequeñas por estructura química. En general, el objetivo es desarrollar membranas que ayuden a generar limpieza, agua potable de manera más eficiente y separa los productos químicos con un menor uso de energía.
