Las membranas de polímero de tamizado de iones pueden funcionar con una precisión exquisita al obtener un control sin precedentes sobre el tamaño de los poros y la uniformidad dentro de las membranas. Los investigadores de KAUST lo han demostrado.

El sistema nervioso biológico funciona mediante el transporte selectivo de partículas cargadas eléctricamente llamadas iones a través de las membranas celulares. Si las membranas fabricadas pudieran lograr una selectividad iónica similar, podría transformar muchas tecnologías, incluida la purificación de agua, extracción de minerales y almacenamiento de energía.

"Lograr una separación de iones precisa a nivel subnanométrico mediante membranas de polímero es un gran desafío", dice el ingeniero químico Zhiping Lai.

Los iones se forman cuando los átomos o moléculas pierden o ganan electrones, ganando por tanto una carga eléctrica positiva o negativa. Los derivados de átomos individuales, como el sodio (Na ⁺ ), litio (Li ⁺ ) o cloruro (Cl ^- ) iones, son inferiores a 1 nanómetro (10 ^-9 metros) de ancho. Los investigadores utilizaron los tamaños conocidos de iones para realizar estudios de simulación, lo que ayudó a identificar los monómeros adecuados que podrían actuar como las unidades moleculares necesarias para unirse a una estructura de membrana de polímero microporoso conjugado (CMP).

Luego utilizaron un proceso llamado electropolimerización para fabricar sus membranas de polímero. Este proceso utiliza una corriente eléctrica cíclica para controlar la estructura precisa que se forma cuando el 1, 3, Las moléculas de monómero de 5-tris (N-carbazolil) benceno se unen.

"Fue un desafío determinar el tamaño de poro resultante y el nivel de porosidad debido a la estructura asimétrica de la membrana, "dice Lai, agregando, "para superar este problema tuvimos que hacer cientos de muestras".

El pequeño tamaño y la naturaleza de los poros impidieron que su análisis utilizara muchos métodos comunes de determinación estructural, pero se encontró una solución en la fisisorción de gas, que estudia la interacción de un material con gases.

En pruebas que utilizan soluciones que contienen una variedad de iones, las membranas demostraron tener un rendimiento de tamizado selectivo de iones superior a casi todas las demás membranas reportadas.

"Esto demuestra que nuestras innovadoras membranas de polímero tienen un gran potencial en muchos procesos de separación de iones relacionados con la energía y el medio ambiente, ", dice Zongyao Zhou. Eliminar iones del agua de mar para producir agua potable es una posibilidad obvia. Las baterías recargables y otros sistemas de almacenamiento de energía también dependen del control del movimiento de los iones.

Zhou dice que el próximo objetivo del equipo es explorar el potencial de las membranas para ser utilizadas en una variedad de sensores químicos innovadores. Muchos productos químicos de interés médico o ambiental están compuestos por iones. Las membranas que permiten selectivamente que los iones de interés pasen a través de las membranas podrían usarse en una nueva generación de tecnología de sensores más precisa y flexible.