Obtener agua potable del agua de mar, el tratamiento de aguas residuales y la realización de diálisis renal son solo algunos de los procesos importantes que utilizan una tecnología llamada filtración por membrana.

La clave del proceso es el filtro de membrana, un delgado película semiporosa que permite que ciertas sustancias como el agua pasen mientras separa otras, sustancias no deseadas. Pero en los últimos 30 años, no ha habido mejoras significativas en los materiales que componen las capas clave de los filtros de membrana producidos comercialmente.

Ahora, Los investigadores de UCLA han desarrollado una nueva técnica llamada despegue de película delgada, o T-FLO, para la creación de filtros de membrana. El enfoque podría ofrecer a los fabricantes una forma de producir membranas más eficaces y energéticamente eficientes utilizando plásticos de alto rendimiento. armazones organometálicos y materiales de carbono. Hasta la fecha, las limitaciones en la forma en que se fabrican los filtros han impedido que esos materiales sean viables en la producción industrial.

Un estudio que describe el trabajo se publica en la revista. Nano letras .

"Hay muchos materiales que en el laboratorio pueden hacer buenas separaciones, pero no son escalables "dijo Richard Kaner, Dr. Myung Ki Hong Profesor de Innovación de Materiales de UCLA y autor principal del estudio. "Con esta técnica, podemos tomar estos materiales, hacer películas delgadas que sean escalables, y hacerlos útiles ".

Además de su potencial para mejorar los tipos de filtración que se realizan con la tecnología actual, las membranas producidas con T-FLO podrían hacer posible una serie de nuevas formas de filtración, dijo Kaner, quien también es un distinguido profesor de química y bioquímica, y de ciencia e ingeniería de materiales, y miembro del California NanoSystems Institute de UCLA. Por ejemplo, la técnica podría algún día hacer factible extraer el dióxido de carbono de las emisiones industriales, lo que permitiría convertir el carbono en combustible u otras aplicaciones y, al mismo tiempo, reducir la contaminación.

Los filtros como los que se utilizan para la desalinización se denominan membranas asimétricas debido a sus dos capas:una capa "activa" delgada pero densa que rechaza las partículas más grandes que un tamaño específico, y una capa de "soporte" porosa que le da estructura a la membrana y le permite resistir las altas presiones utilizadas en la ósmosis inversa y otros procesos de filtrado. La primera membrana asimétrica para desalinización fue ideada por ingenieros de UCLA en la década de 1960.

Las membranas asimétricas de hoy se fabrican echando la capa activa sobre la capa de soporte, o emitir ambos al mismo tiempo. Pero para fabricar una capa activa con materiales más avanzados, los ingenieros tienen que usar disolventes o altas temperaturas, los cuales dañan la capa de soporte o evitan que la capa activa se adhiera.

En la técnica T-FLO, la capa activa se cuela como un líquido sobre una hoja de vidrio o metal y se cura para solidificar la capa activa. Próximo, Se agrega una capa de soporte hecha de epoxi reforzado con tela y la membrana se calienta para solidificar el epoxi.

El uso de epoxi en la capa de soporte es la innovación que distingue a la técnica T-FLO:permite crear primero la capa activa para que pueda tratarse con productos químicos o altas temperaturas sin dañar la capa de soporte.

Luego, la membrana se sumerge en agua para eliminar los productos químicos que inducen los poros en el epoxi y para aflojar la membrana del vidrio o la hoja de metal.

Finalmente, la membrana se despega de la placa con una cuchilla, el "despegue" que da nombre al método.

"Investigadores de todo el mundo han demostrado muchos materiales nuevos e interesantes que pueden separar sales, gases y materiales orgánicos con mayor eficacia de lo que se hace industrialmente, "dijo Brian McVerry, un becario postdoctoral de UCLA que inventó el proceso T-FLO y es el co-primer autor del estudio. "Sin embargo, estos materiales a menudo se fabrican en películas relativamente gruesas que realizan las separaciones con demasiada lentitud o en muestras pequeñas que son difíciles de escalar industrialmente.

"Hemos demostrado una plataforma que creemos permitirá a los investigadores utilizar sus nuevos materiales en un gran delgada, configuración de membrana asimétrica, comprobable en aplicaciones del mundo real ".

Los investigadores probaron una membrana producida con T-FLO para eliminar la sal del agua, y se mostró prometedor para resolver uno de los problemas comunes en la desalinización, que es que los microbios y otros materiales orgánicos pueden obstruir las membranas. Aunque agregar cloro al agua puede matar los microbios, la sustancia química también hace que la mayoría de las membranas se rompan. En el estudio, la membrana T-FLO rechazó la sal y resistió el cloro.

En otros experimentos, la nueva membrana también pudo eliminar materiales orgánicos de los residuos de solventes y separar los gases de efecto invernadero.