Os fabricantes de produtos químicos consomem uma enorme quantidade de energia a cada ano separando e refinando matérias-primas para fazer uma ampla variedade de produtos, incluindo gasolina, plásticos e alimentos.

Em uma tentativa de reduzir a quantidade de energia usada nas separações químicas, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia estão trabalhando em membranas que podem separar produtos químicos sem usar processos de destilação que consomem muita energia.

"A grande maioria das separações no campo em uma variedade de indústrias são sistemas acionados termicamente, como a destilação, e por causa disso gastamos uma quantidade excessiva de energia nesses processos de separação - algo como 10 a 15 por cento do orçamento global de energia é gasto em separações químicas, "disse Ryan Lively, professor associado da Escola de Engenharia Química e Biomolecular da Georgia Tech. “Separações que evitam o uso de calor e uma mudança de fase química são muito menos intensas em energia. usá-los poderia produzir uma redução de 90 por cento no custo de energia. "

As membranas de plástico já são capazes de separar certas moléculas com base no tamanho e outras diferenças, como na dessalinização da água do mar. Mas até agora, a maioria das membranas tem sido incapaz de resistir a fortes fluxos químicos ricos em solventes, ao mesmo tempo em que desempenha tarefas desafiadoras de separação.

Em um estudo publicado em 18 de julho em Química de Materiais e patrocinado pelo Departamento de Defesa e pela National Science Foundation, os pesquisadores esboçam um processo para pegar uma membrana à base de polímero e infundi-la com uma rede de óxido de metal. A membrana resultante é muito mais eficaz em enfrentar produtos químicos agressivos sem se degradar.

"Depois de colocar a membrana pré-fabricada dentro do nosso reator, nós simplesmente o expomos a vapores contendo metal que se infundem dentro do material da membrana, "disse Mark Losego, professor assistente na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais. “Este processo é chamado de infiltração de fase de vapor, e cria uma rede uniforme de óxido de metal em toda a membrana polimérica. Nós a chamamos de membrana 'híbrida'. "

Não apenas a membrana híbrida foi mais capaz de resistir a solventes, suas capacidades de separação química também melhoraram.

“Alguns produtos químicos que precisam ser separados são muito semelhantes em termos de tamanho, forma e outras propriedades, o que os torna ainda mais difíceis de processar usando membranas, "Disse Lively." Essas novas membranas híbridas são muito mais seletivas. Eles podem separar produtos químicos que são mais semelhantes uns aos outros. "

A equipe de pesquisa, que incluiu alunos de pós-graduação Fengyi Zhang, Emily McGuinness e Yao Ma, testou as novas membranas híbridas em produtos químicos agressivos, como tetrahidrofurano, diclorometano e clorofórmio, solventes orgânicos que dissolvem a membrana de polímero puro em minutos. As membranas híbridas permaneceram estáveis ​​por vários meses durante o teste.

Os pesquisadores também testaram a separação de dois produtos químicos muito próximos em tamanho. As membranas híbridas foram capazes de diferenciar moléculas aromáticas que diferiam em tamanho por apenas 0,2 nanômetros.

"Uma das coisas mais empolgantes sobre este trabalho é como esse processo é simples do ponto de vista da manufatura, "Disse Losego." Estamos essencialmente pegando membranas pré-fabricadas e aplicando um tratamento a elas. Isso seria muito simples de traduzir em escala industrial. "

Pesquisas futuras sobre as membranas envolverão o estudo de como ajustar as infusões de óxido e fazer novos tipos de membranas híbridas capazes de separar uma variedade de outros produtos químicos.