p Uma nova classe de membranas promete aplicações altamente interessantes na separação de materiais, seja em biotecnologia ou purificação de água. A compreensão teórica dessas membranas poliméricas é, Contudo, ainda incompleto. Dois pesquisadores de Helmholtz-Zentrum Hereon e da Universidade de Göttingen agora apresentam um estudo, publicado na renomada revista científica Avaliações Químicas , que identifica essas lacunas no conhecimento e mostra abordagens promissoras para resolvê-las. p Seja na dessalinização, purificação de água ou CO ₂ separação, as membranas desempenham um papel central na tecnologia. O Helmholtz-Zentrum Hereon vem trabalhando há vários anos em uma nova variante:consiste em polímeros especiais que formam poros do mesmo tamanho em escala nanométrica. Os materiais a serem separados, como certas proteínas, pode literalmente escorregar por esses poros. Como essas camadas de separação são muito finas e, portanto, muito frágeis, eles estão ligados a uma estrutura esponjosa com poros muito mais grosseiros, proporcionando à estrutura a estabilidade mecânica necessária.

p “Um aspecto especial é que essas estruturas se formam em um ato de auto-organização, "diz o Prof. Volker Abetz, diretor do Hereon Institute of Membrane Research e professor de físico-química da Universidade de Hamburgo. "Em contraste com membranas comparáveis, que são parcialmente fabricados por meio de um processo complexo usando aceleradores de partículas, isso promete uma produção relativamente barata. "Como as membranas de polímero combinam alto rendimento com forte seletividade de separação, eles podem ser interessantes no futuro para a produção de biotecnologia e farmacêutica, mas também no tratamento de águas residuais, como, por exemplo, para filtrar corantes indesejados.

p Avança por meio de simulações de computador

p Os especialistas fizeram progressos consideráveis ​​no desenvolvimento dessas novas membranas nos últimos anos. Contudo, para personalizá-los para aplicações específicas, ainda falta uma compreensão teórica abrangente. "Até aqui, houve muita tentativa e erro, bem como intuição envolvida, "diz Abetz." Agora, deve-se entender fundamentalmente esses sistemas, tanto quanto possível. "Por esta razão, Marcus Müller, professor de física teórica da Universidade de Göttingen e Volker Abetz publicaram um artigo de revisão na revista científica Avaliações Químicas . O trabalho resume o estado atual do conhecimento no campo das membranas poliméricas e identifica as abordagens de pesquisa mais promissoras que podem fechar as lacunas existentes no conhecimento.

p As simulações de computador desempenham um papel importante aqui:elas podem ser usadas para modelar digitalmente em detalhes o que acontece durante o processo de manufatura. "O problema é que esses processos são extremamente complexos, e estamos lidando com escalas de tempo e tempo completamente diferentes, "explica Müller." E ainda não estamos em posição de cobrir todas essas escalas com uma única descrição. " Contudo, modelos de computador que podem simular aspectos individuais. Embora alguns desses modelos descrevam o comportamento de moléculas de polímero individuais, outros reproduzem a membrana em uma grade muito mais grosseira. Essas diferentes abordagens, até agora, têm sido fracamente vinculadas, e descrever a seqüência de tempo dos vários processos também representa um desafio. Para uma compreensão mais profunda, seria benéfico se os modelos estivessem melhor interligados do que agora.

p Membranas de polímero da prancheta de desenho

p "A produção de membrana de polímero pode ser comparada a fazer um suflê, "diz Müller." Ambos tratam de estabilizar os minúsculos poros que importam, antes que tudo desmorone novamente. "Um dos aspectos que não está claro é como e se a formação simultânea da camada de separação e da camada de suporte influenciam uma à outra e como isso pode ser controlado. Outra questão diz respeito a como os poros podem ser arranjados e alinhados de forma que permitam a maior taxa de fluxo possível através da membrana - um critério decisivo para a lucratividade da membrana. "Felizmente, tanto os computadores quanto os modelos estão ficando cada vez melhores, e isso deve facilitar um progresso considerável, "Müller acrescenta." Podemos acessar o supercomputador JUWELS em Jülich, que é um dos mais rápidos do mundo. "Os algoritmos de aprendizado de máquina também podem ajudar no futuro; pode haver um potencial desconhecido aqui.

p Não só a teoria é necessária, Contudo. Também há trabalho a ser feito nos experimentos. "Uma grande incógnita, por exemplo, é a umidade, "explica Abetz." Sabemos que pode influenciar decisivamente na formação de uma membrana polimérica. Mas, para entender melhor essa influência, precisamos de testes sistemáticos. "Se obstáculos como esses puderem ser superados, vai aproximar um pouco mais o objetivo da pesquisa de longo prazo:"Nosso sonho é projetar e otimizar uma membrana de polímero para uma aplicação específica como um" gêmeo digital "no computador primeiro para que depois possa ser produzida de forma direcionada em o laboratório, "diz Abetz." E talvez possamos até descobrir estruturas inteiramente novas no computador, aqueles que nunca teríamos encontrado no experimento.