p As membranas de filtração são, em seu núcleo, materiais semelhantes a esponjas que possuem poros micro ou nanoscopicamente pequenos. Produtos químicos indesejados, bactérias e até mesmo vírus são fisicamente bloqueados pelo labirinto de malha, mas líquidos como água podem passar. p O padrão atual para fazer esses filtros é relativamente simples, mas não permite muito no que diz respeito a dar-lhes funcionalidade adicional. Esta é uma necessidade particular quando se trata de "bioincrustação". O material biológico que eles deveriam filtrar - incluindo bactérias e vírus - fica preso na superfície da malha, bloqueando os poros com um resíduo viscoso.

p Além de reduzir o fluxo, esses biofilmes podem potencialmente contaminar qualquer líquido que passe para o outro lado do filtro.

p Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade da Pensilvânia têm uma nova maneira de fazer membranas que podem resolver esse problema. Seu método permite adicionar uma série de novas habilidades por meio de nanopartículas funcionais que aderem à superfície da malha.

p Eles demonstraram este novo processo com membranas que bloqueiam contaminantes do tamanho de bactérias e vírus sem deixá-los grudar, uma propriedade que aumentaria muito a eficiência e a vida útil do filtro.

p As membranas "anti-incrustantes" que eles testaram seriam imediatamente úteis em aplicações relativamente simples, como filtrar água potável, e poderia eventualmente ser usado nos compostos oleosos encontrados em águas residuais de fraturamento hidráulico e outros poluentes pesados.

p O método dos pesquisadores, descrito em um artigo publicado recentemente na revista Nature Communications , permite membranas feitas de uma ampla gama de polímeros e nanopartículas. Além das habilidades antivegetativas, nanopartículas futuras podem catalisar reações com os contaminantes, destruí-los ou mesmo convertê-los em algo útil.

p O estudo foi liderado por Daeyeon Lee, professor do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Penn Engineering, e Kathleen Stebe, Vice-Reitor de Pesquisa da Penn Engineering e Professor Richer &Elizabeth Goodwin de Engenharia Química e Biomolecular, junto com Martin F. Haase, um professor assistente na Rowan University que desenvolveu a tecnologia como pesquisador de pós-doutorado nos laboratórios de Stebe e Lee. Harim Jeon, Noah Hough, e Jong Hak Kim também contribuíram para o estudo.

p O novo método de fabricação de membrana dos pesquisadores se baseia em um tipo especializado de mistura líquida conhecida como "gel de emulsão bicontínuo interfacialmente preso, "ou" bijel ". Ao contrário das emulsões que consistem em gotículas isoladas, as fases de óleo e água dos bijels consistem em redes densamente entrelaçadas, mas totalmente conectadas. As nanopartículas introduzidas na emulsão encontram seu caminho para a interface entre as redes de óleo e água.

p Lee, Stebe e Haase desenvolveram anteriormente uma nova maneira de fazer bijels que permite uma maior variedade de materiais componentes, que eles descreveram em um artigo de Materiais Avançados de 2015. Agora, eles mostraram uma maneira de fazer um filtro sólido usando o mesmo método.

p "Sabíamos que essa tecnologia era promissora, "Stebe disse." Parte dessa promessa agora está se tornando realidade.

p Tal como acontece com seus bijels anteriores, este filtro começa como uma rede entrelaçada de água e óleo, com uma densa camada de nanopartículas separando os dois. Mas, ao usar um óleo que pode ser polimerizado com luz ultravioleta - reticulação de moléculas individuais flutuantes em um sólido, Malha 3D - os pesquisadores agora são capazes de solidificar a estrutura do bijel.

p Criticamente, este método deixa a densa camada de nanopartículas no lugar na superfície do polímero depois que a água foi escoada. As formas convencionais de fazer membranas poliméricas não permitem isso.

p "Os polímeros normalmente odeiam partículas e as ejetam, mas as interfaces amam as partículas e as prendem, "Stebe disse." A densidade das nanopartículas na superfície de nossos polímeros está no teto. Eles estão amontoados como areia em um castelo de areia. "

p Os pesquisadores imbuíram seus filtros com nanopartículas de sílica, e os moldou em tubos semelhantes a palha. As nanopartículas de sílica podem ser modificadas com uma ampla gama de produtos químicos com diferentes funcionalidades, incluindo a propriedade anti-incrustante testada pelos pesquisadores. Eles demonstraram suas capacidades de filtragem e anti-incrustação em água contendo nanopartículas de ouro de vários tamanhos.

p "Em nosso experimento, fomos capazes de filtrar nanopartículas de ouro muito pequenas, em tamanhos equivalentes a vírus, "disse Lee." O formato do tubo também funciona bem na implementação em larga escala dessas membranas de filtro. Porque eles têm grandes proporções de área de superfície para volume e não ficam entupidos, podemos sugar o fluido dos lados e sugá-lo do final, permitindo a filtração contínua. "

p “As membranas são materiais tipicamente passivos que não adaptam suas propriedades quando as condições ambientais mudam, "disse Haase." Um aspecto interessante sobre nossas membranas é que elas podem ser feitas para abrir e fechar seus poros em resposta a um sinal químico. Este recurso exclusivo permite que a membrana tenha permeabilidade controlável, que é útil para a separação de diferentes tipos de contaminantes da água. "

p Lee também é co-investigador principal da REACT da Penn Engineering, ou Pesquisa e Educação em Tecnologias de Revestimentos Ativos para o habitat humano. Este programa multidisciplinar visa melhorar os abrigos usados ​​na ajuda humanitária, e como tal, Lee interagiu com equipes de emergência e fornecedores de equipamentos, como ShelterBox.

p "Quando falamos com as pessoas da ShelterBox, eles disseram que mais do que uma tenda, o que as pessoas precisam é de água limpa, "Disse Lee." REACT pode potencialmente tornar esses filtros parte de um sistema que faz as duas coisas. "

p Com várias crises contínuas de refugiados em todo o mundo e milhões ainda sem água potável depois que o furacão Maria atingiu Porto Rico, a importância desse desenvolvimento não passa despercebida aos pesquisadores.

p "Há realmente pessoas agora que precisam tanto desse tipo de tecnologia." disse Stebe.