Los investigadores de la Universidad de Manchester han avanzado en la superación de uno de los mayores problemas de la tecnología de membranas:el ensuciamiento de las membranas.

Las separaciones basadas en membranas son esenciales para varios procesos, como la filtración de agua y la separación de aceite y gas. El uso de grafeno y otros materiales 2-D en la tecnología de membranas ha atraído una atención significativa debido a la capacidad de sintonización de estos materiales, lo que hace posible filtrar impurezas que antes no se creían posibles.

El ensuciamiento es un evento inevitable en la separación de membranas, donde se producen bloqueos en los poros de una membrana, detener el flujo y evitar que la membrana funcione normalmente. El ensuciamiento es un problema especialmente grave para la tecnología de separación de aceite debido a la facilidad con que las gotas de aceite se adhieren a la superficie de la membrana.

Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el equipo basado en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencias Analíticas, Henry Royce Institute y el National Graphene Institute en colaboración con University College London (UCL), han demostrado que la forma bidimensional exfoliada de vermiculita, un mineral de arcilla natural, se puede utilizar como revestimiento resistente a las incrustaciones para la separación de aceite y agua.

Es bien sabido que el aumento de la humectabilidad con el agua y la disminución de la adhesión del aceite a una membrana pueden reducir el ensuciamiento de la membrana debido a la deposición de aceite. En el pasado, la comunidad científica se ha centrado principalmente en ajustar la carga superficial de la membrana mediante modificación química para mejorar la humectabilidad del agua y, por lo tanto, reducir las incrustaciones. Estos intentos han tenido éxito en parte, pero aún no se habían obtenido propiedades antiincrustantes a largo plazo.

Ahora, el equipo de la Universidad de Manchester ha descubierto que las propiedades humectantes de las membranas de vermiculita, preparado apilando muchas capas de láminas de vermiculita bidimensionales, se puede ajustar de superhidrófilo a hidrófobo simplemente intercambiando los cationes presentes en la superficie y entre las capas de vermiculita.

Más lejos, El equipo también demostró cómo explotar esta propiedad inusual para reducir el ensuciamiento de la membrana durante la filtración de aceite y agua mediante el uso de vermiculita intercambiada con litio superhidrófila (vermiculita de litio) como capa de recubrimiento para membranas de microfiltración comerciales.

Dr. Kun Huang, El autor principal del artículo dijo:"Las membranas de vermiculita de litio no solo proporcionan superhidrofilicidad, sino que también repelen las gotas de aceite durante la filtración debido a su propiedad superoleófoba bajo el agua. La adhesión de aceite bajo el agua en las membranas de microfiltración recubiertas de vermiculita fue más de 40 veces menor que las no recubiertas membrana."

La separación de aceite y agua demostrada es solo un ejemplo del uso de membranas antiincrustantes superhidrófilas. Su aplicación podría ampliarse a otras áreas como el desarrollo de superficies autolimpiables, y filtros antiincrustantes para biofiltración.

El profesor Rahul Raveendran Nair dijo:"El desarrollo de membranas antiincrustantes para la separación de aceite y agua es un objetivo buscado desde hace mucho tiempo por científicos y tecnólogos, lo cual es evidente por el rápido crecimiento en el número de publicaciones en esta área. Creemos que nuestro trabajo proporciona un gran avance en la comprensión fundamental de las propiedades humectantes de los sólidos hasta el nivel molecular y es un hito notable en el desarrollo de tecnologías robustas de membranas resistentes a las incrustaciones ".

El trabajo se realizó en colaboración con científicos del Departamento de Física y Astronomía de la UCL para investigar el mecanismo de la inusual transición de humectación de agua en la membrana de vermiculita durante el intercambio iónico.

Patrick Rowe, de UCL dijo:"Nuestro estudio muestra cómo los detalles a escala atómica de la interacción entre las moléculas de agua, Las superficies y los iones son importantes para comprender las propiedades superficiales de los sólidos. La alta afinidad por el agua y, por lo tanto, la menor interacción de las gotas de aceite de la vermiculita de litio se debe a la disposición única de las moléculas de agua en la superficie de la vermiculita de litio ".

Dr. Christie Cherian, quien fue coautor del artículo dijo:"La presencia de iones en la membrana de vermiculita ayudó a fijar las moléculas de agua firmemente en la superficie, incluso cuando la membrana está expuesta al aceite durante un período prolongado de tiempo, una propiedad única de la membrana recubierta de vermiculita, se muestra prometedor para su uso como recubrimiento antiincrustante a largo plazo.