A membrana separou efetivamente uma mistura de dois corantes (azul) em seus componentes, tornando a água doce amarela. Crédito:The American Chemical Society
Materiais orgânicos covalentes com microestruturas porosas bem ordenadas podem fornecer as membranas necessárias para que a tecnologia atenda aos controles ambientais cada vez mais rigorosos e seja de produção econômica.
Pesquisadores da KAUST geraram membranas cristalinas, consistindo em blocos de construção orgânicos mantidos juntos por ligações covalentes, que permitem a purificação e recuperação de solvente orgânico com alta seletividade e alto fluxo. As membranas também apresentam potencial para processos inovadores na indústria química.
A nanofiltração de solvente orgânico normalmente envolve membranas baseadas em polímeros que apresentam poros minúsculos, mas formam redes densas e amorfas. Materiais microporosos bem ordenados, como zeólitas e estruturas metal-orgânicas, têm um desempenho significativamente melhor do que essas membranas convencionais em vários processos de separação. Contudo, eles não são adequados para uso extensivo na separação de líquidos devido à sua fraca estabilidade estrutural e química em líquidos.
Agora, uma equipe liderada por Zhiping Lai, desenvolveu uma abordagem sintética que produz materiais microporosos bem ordenados que são estabilizados por ligações ceto-enamina covalentes. Essas ligações são produzidas a partir da reação entre os grupos funcionais amina e aldeído de compostos orgânicos.
Os pesquisadores sintetizaram alto fluxo, membranas de nanofiltração de solvente de alta seletividade (amarelo, esquerda) de um covalente, orgânico, material poroso (direita). Crédito:The American Chemical Society
Os pesquisadores fabricaram as membranas pelo método Langmuir – Blodgett, que confiavelmente produziu filmes finos de grande área de espessura bem definida usando aldeído anfifílico e precursores de amina. Eles depositaram as soluções de mistura precursora em uma superfície de água para formar estruturas hexagonais bidimensionais fracamente ligadas. Uma vez que o solvente evaporou, eles comprimiram os filmes lateralmente e adicionaram um ácido orgânico à mistura, transformar as ligações reversíveis em ligações ceto-enamina covalentes e selar as estruturas hexagonais no lugar.
As novas membranas superaram os análogos amorfos fabricados usando o mesmo método e os melhores sistemas baseados em polímero. "Eles compartilham a mesma química dos análogos de polímeros, resultando em hidrotermal semelhante, estabilidades químicas e mecânicas, mas seus fluxos são maiores, "diz o pós-doutorado, Digambar Shinde, primeiro autor do artigo.
Durante o processo Langmuir – Blodgett (esquerda), as moléculas de amina e aldeído formaram gradualmente uma rede bidimensional estendida na interface ar-água (meio). A rede consistia em moléculas de amina e aldeído emparelhadas em estruturas hexagonais (direita). Crédito:Digambar Shinde
A permeabilidade de solvente orgânico das novas membranas é quase uma ordem de magnitude maior do que a das membranas de polímero mais bem relatadas, Ele acrescenta. As membranas eram mais estáveis do que as estruturas metal-orgânicas e mais econômicas do que as inorgânicas. Eles também podem separar misturas de moléculas de corante que diferem em pesos moleculares e tamanhos.
A equipe está atualmente trabalhando para estender o uso das membranas a uma infinidade de aplicações. "Os tamanhos de poros dessas membranas são adequados para o pré-tratamento de dessalinização de água do mar, processamento de comida, purificação de processos farmacêuticos e médicos, como hemodiálise, "diz Shinde. As membranas também podem ser úteis para eliminar metais pesados, vírus e bactérias.
