Es posible que las membranas de tamiz molecular de carbono (CMS) ultradelgadas no sean las mejores para separar mezclas químicas de importancia industrial. Sin embargo, garantizar que el grosor de la película CMS sea el adecuado podría permitir una purificación de productos químicos con mayor eficiencia energética, Los investigadores de KAUST lo han demostrado.

Membranas CMS, como sugiere su nombre, puede purificar mezclas de líquidos o gases permitiendo que solo ciertas moléculas pasen a través de sus poros del tamaño de un subnanómetro. En la actualidad, la industria química utiliza principalmente procesos basados ​​en calor como la destilación para separar mezclas de productos, pero estos procesos consumen alrededor del 10 por ciento de la producción mundial de energía. "Esta situación es altamente insostenible, "dice Wojciech Ogieglo, científico investigador en KAUST. "Creemos que una buena parte de estas separaciones que consumen mucha energía podrían reemplazarse por separaciones de membranas mucho más respetuosas con el medio ambiente".

Las membranas CMS se crean depositando una capa de polímeros ricos en carbono sobre un soporte adecuado, luego aplicando calor para convertir el polímero en una película CMS microporosa. "Los materiales CMS muestran, con mucho, el mejor rendimiento para una amplia variedad de aplicaciones de separación de gases basadas en membranas que consumen mucha energía, "dice el líder del grupo Ingo Pinnau.

"Estos materiales también son particularmente robustos químicamente, ", señala Ogieglo." Son prometedores para situaciones como la producción de plásticos o la captura de gases de efecto invernadero porque funcionan de manera confiable incluso en entornos químicos muy duros y a altas temperaturas, " él dice.

Un aspecto de la investigación de la membrana CMS es optimizar el espesor de la película CMS para minimizar la energía requerida para separar una mezcla química. "Intuitivamente, uno podría pensar que cuanto más delgada es la membrana, el mejor, "Dice Ogieglo. Se esperaría que una capa de CMS más delgada presentara la menor resistencia al transporte a las moléculas que pasan a través de sus poros. Sin embargo, el equipo descubrió que cuando crearon películas CMS de menos de 50 nanómetros, la capa de CMS era muy compacta con baja microporosidad. "Estas películas tan delgadas resultan tener mucha más resistencia al transporte de lo esperado, ", Dice Ogieglo. Las películas CMS más gruesas de 300 nanómetros tenían una microporosidad significativamente mayor, el equipo mostró.

"Creemos que debe haber un punto óptimo en el rango de espesor, no demasiado delgado, no demasiado grueso, donde el rendimiento de la membrana es óptimo, "Dice Ogieglo." Actualmente estamos tratando de averiguar dónde se encuentra este punto óptimo para diferentes tipos de materiales de membrana ".

"Los resultados se incorporarán a los esfuerzos más amplios del equipo para crear membranas de separación CMS listas para la industria, ", Dice Pinnau." Actualmente estamos ampliando la producción de membranas compuestas CMS para probar su rendimiento y estabilidad a largo plazo en módulos de membrana, " él añade.