Un equipo de investigación internacional que incluye ingenieros de Vanderbilt es el primero en separar con éxito dos iones con muy, diferencias de tamaño muy pequeñas, un avance importante en la ciencia de la separación con una aplicación potencial generalizada.

El proceso es el primero en lograr la separación soluto-soluto con precisión sub-Angstrom. Un Angstrom es la cien millonésima parte de un centímetro, o una décima parte de un nanómetro. Para una sensación de escala, la diferencia entre un solo Angstrom y un metro es aproximadamente el equivalente en la diferencia entre el ancho de una tarjeta de crédito y el radio de la Tierra.

El trabajo es el resultado de una extensa colaboración internacional entre Vanderbilt, el Instituto de Nano-Tecnología y Nano-Biónica de Suzhou de la Academia de Ciencias de China, Universidad de Yale y varias otras instituciones. El avance se informa hoy en línea en Comunicaciones de la naturaleza .

El primer autor del artículo, Yuanzhe Liang, es un Ph.D. estudiante en el programa de Ciencia de Materiales Interdisciplinarios de la Escuela de Ingeniería. Shihong Lin, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental, es el asesor de Liang y uno de los tres autores correspondientes del proyecto.

Lo que también hace que el trabajo sea significativo es el uso de la nanofabricación para la separación soluto-soluto. La nanofiltración es muy eficiente, relativamente maduro, y se ha utilizado ampliamente en la práctica. Pero en la mayoría de los casos, se utiliza para separar iones y moléculas pequeñas del disolvente, no el uno al otro.

La clave para lograr la separación soluto-soluto, los autores descubrieron, es utilizar membranas con un tamaño de poro muy uniforme para que rechacen los solutos más grandes que los poros, pero no solo un poco más pequeños. Pero llegar allí no es trivial.

Las membranas de nanofiltración comerciales de última generación se fabrican mediante polimerización interfacial, en el que dos precursores químicos, uno en la fase de agua y el otro en la fase de aceite, reaccionar. La reacción crea una película delgada de polímero en la interfaz agua / aceite que actúa como la capa de separación activa. Esta capa tiene poros de escala de Angstrom, pero el complejo proceso ocurre en segundos y hace que la obtención sea más pequeña, poros uniformes muy desafiantes.

El método novedoso del equipo utiliza una dinámica, red autoensamblada de tensioactivos para facilitar una difusión más rápida y homogénea de moléculas específicas, o monómeros, a través de la interfaz agua / aceite, cuando los monómeros se unen entre sí para formar un polímero. La clave para la "polimerización interfacial regulada por ensamblaje de tensioactivos, "o SARIP, como se le llama, consiste en agregar los tipos adecuados de tensioactivos para promover la formación de una red altamente organizada de tamaño de poro muy estrecho y muy uniforme en la interfaz agua / aceite.

El equipo evaluó qué tipos de tensioactivos funcionan mejor y demostró que el enfoque también funciona con otros pares de tensioactivos. o precursores.

Nanofiltración, que es más eficiente y utiliza menos energía que otras tecnologías, como separaciones electroquímicas y térmicas, ya está en uso generalizado, creando grandes oportunidades en muchos sectores para el descubrimiento del equipo.

"La separación precisa de iones y moléculas pequeñas mediante membranas tendrá un impacto transformador en la energía, agua, químico, y las industrias farmacéutica, "dijeron los autores.