Uma membrana de nanofiltração robusta que atua como uma peneira molecular altamente eficaz pode evitar muitos dos problemas com as membranas poliméricas atuais.
A filtragem desempenha um papel crucial em muitas indústrias, desde a purificação da água até a produção farmacêutica. A nanofiltração de solvente orgânico, por exemplo, usa membranas com poros minúsculos para remover moléculas que são dissolvidas em solventes orgânicos (à base de carbono).

A nanofiltração é mais eficiente em termos energéticos do que métodos alternativos de separação, como a destilação. Mas para suportar os rigores do uso industrial, as membranas de nanofiltração devem ser estáveis ​​contra solventes, ácidos e bases agressivos.

"Infelizmente, a maioria das membranas à base de polímeros apresentam baixa estabilidade química", diz o pós-doutorando Rifan Hardian. Essas membranas normalmente precisam de reticulantes químicos adicionais para melhorar sua estabilidade, o que complica sua fabricação. Muitas membranas, à medida que incham e envelhecem, também tendem a perder seu desempenho e podem até quebrar para liberar vestígios de contaminantes.

Hardian e seus colegas da KAUST Mahmoud A. Abdulhamid e Gyorgy Szekely superaram essas desvantagens criando um novo tipo de membrana de peneira molecular de carbono (CMS) que não requer reticulantes adicionais.

A membrana é baseada em um polímero chamado 6FDA-DMN, que pode ser formado em uma membrana plana e porosa com boa estabilidade térmica. Assar a membrana de polímero a 400-600 graus Celsius por várias horas gradualmente queimou alguns de seus grupos químicos para deixar uma membrana resistente feita inteiramente de carbono. Imagens de microscópio eletrônico mostraram que nas temperaturas mais altas, esse processo de carbonização também encolheu consideravelmente os poros da membrana.

Depois de ajustar as condições usadas para fazer a membrana CMS, os pesquisadores testaram suas habilidades de filtragem usando soluções contendo moléculas com vários tamanhos. O perfil de moléculas retidas pela membrana, comparado com aquelas que passavam por seus poros, revelou a eficácia da membrana em peneirar diferentes moléculas.

As membranas preparadas a 600 graus Celsius tiveram o melhor desempenho, retendo a maioria das moléculas menores e permitindo que as moléculas do solvente fluíssem. A equipe também descobriu que a estrutura porosa do polímero inicial era a chave para a produção de uma membrana CMS com alta permeabilidade ao solvente.

"Uma combinação de alta rejeição de pequenas moléculas e alta permeabilidade ao solvente indica um melhor desempenho da membrana", explica Hardian. "As membranas também exibiram estabilidade excepcional em vários solventes orgânicos, incluindo ácido e base, por um longo período."

Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar a permeabilidade da membrana e planejam incorporar vários nanomateriais na membrana para controlar suas propriedades.

A pesquisa foi publicada em Applied Materials Today . + Explorar mais

Pesquisadores regulam a distribuição do tamanho dos poros para melhorar a membrana de nanofiltração