p Uma das membranas mais finas já feitas também é altamente discriminatória quando se trata das moléculas que passam por ela. Engenheiros da Universidade da Carolina do Sul construíram uma membrana de óxido de grafeno com menos de 2 nanômetros de espessura com alta seletividade de permeação entre hidrogênio e moléculas de gás de dióxido de carbono. p A seletividade é baseada no tamanho molecular, a equipe relatou no jornal Ciência . O hidrogênio e o hélio passam com relativa facilidade através da membrana, mas dióxido de carbono, oxigênio, azoto, o monóxido de carbono e o metano permeiam muito mais lentamente.

p "O diâmetro cinético do hidrogênio é 0,289 nm, e o dióxido de carbono é 0,33 nm. A diferença de tamanho é muito pequena, apenas 0,04 nm, mas a diferença de permeação é bastante grande "disse Miao Yu, um engenheiro químico na Faculdade de Engenharia e Computação da USC que liderou a equipe de pesquisa. "A membrana se comporta como uma peneira. Moléculas maiores não podem passar, mas as moléculas menores podem. "

p Além da seletividade, o que é notável no resultado da equipe USC é a qualidade da membrana que eles foram capazes de fabricar em uma escala tão pequena. A membrana é construída na superfície de um suporte poroso de óxido de alumínio. Flocos de óxido de grafeno, com larguras da ordem de 500 nm, mas apenas um átomo de carbono de espessura, foram depositados no suporte para criar uma membrana circular com cerca de 2 centímetros quadrados de área.

p A membrana é uma espécie de mosaico sobreposto de flocos de óxido de grafeno. É como cobrir a superfície de uma mesa com cartas de jogar. E fazer isso em escala molecular é muito difícil se você quiser uma cobertura uniforme e nenhum lugar onde possa haver "vazamentos". As moléculas de gás estão procurando por buracos em qualquer lugar onde possam ser encontradas, e em uma membrana feita de flocos de óxido de grafeno, haveria dois lugares prováveis:buracos dentro dos flocos, ou buracos entre os flocos.

p São os espaços entre os flocos que têm sido um verdadeiro obstáculo ao progresso nas separações de gases leves. É por isso que as membranas microporosas projetadas para fazer a distinção nessa faixa molecular costumam ser muito espessas. "Pelo menos 20 nm, e geralmente mais grosso, "disse Miao. Qualquer coisa mais fina e as moléculas de gás poderiam facilmente encontrar seu caminho entre os espaços não uniformes entre os flocos.

p A equipe de Miao desenvolveu um método de preparação de uma membrana sem esses vazamentos "entre flocos". Eles dispersaram flocos de óxido de grafeno, que são misturas altamente heterogêneas quando preparadas com os métodos atuais, em água e usou técnicas de sonicação e centrifugação para preparar um diluído, pasta homogênea. Esses flocos foram então depositados no suporte por simples filtração.

p Seu resultado mais fino foi uma membrana de 1,8 nm de espessura que só permitia que as moléculas de gás passassem por orifícios nos próprios flocos de óxido de grafeno, a equipe relatou. Eles descobriram por microscopia de força atômica que um único floco de óxido de grafeno tinha uma espessura de aproximadamente 0,7 nm. Assim, a membrana de 1,8 nm de espessura de óxido de alumínio tem apenas algumas camadas moleculares de espessura, com defeitos moleculares dentro do óxido de grafeno que são essencialmente uniformes e um pouco pequenos demais para deixar o dióxido de carbono passar facilmente.

p O avanço tem uma gama de aplicações potenciais. Com preocupações generalizadas sobre o dióxido de carbono como gás de efeito estufa, a separação eficiente do dióxido de carbono de outros gases é uma alta prioridade de pesquisa. Além disso, hidrogênio representa uma mercadoria integral em sistemas de energia envolvendo, por exemplo, células de combustível, portanto, purificá-lo de misturas de gases também é uma área ativa de interesse.

p Yu também observa que as dimensões da peneira molecular são da ordem do tamanho da água, tão, por exemplo, purificar as grandes quantidades de água contaminada produzida pelo fraturamento hidráulico (fraturamento hidráulico) é outra possibilidade.

p Ser capaz de reduzir a espessura da membrana - e em uma ordem de magnitude - é um grande passo à frente, Yu disse. "Ter membranas tão finas é uma grande vantagem na tecnologia de separação, "ele disse." Representa um tipo completamente novo de membrana nas ciências da separação. "