Membranas de peneira molecular de carbono superfina (CMS) podem não ser as melhores para separar misturas químicas industrialmente importantes. Contudo, garantir que a espessura do filme CMS seja a certa pode permitir uma purificação de produtos químicos com maior eficiência energética, Pesquisadores da KAUST mostraram.

Membranas CMS, como o nome sugere, pode purificar misturas de líquidos ou gases permitindo que apenas certas moléculas passem por seus poros do tamanho de um subanômetro. Atualmente, a indústria química usa principalmente processos baseados em calor, como destilação para separar misturas de produtos, mas esses processos consomem cerca de 10% da produção global de energia. “Esta situação é altamente insustentável, "diz Wojciech Ogieglo, um cientista pesquisador da KAUST. "Acreditamos que uma boa parte dessas separações que consomem muita energia poderiam ser substituídas por separações por membrana muito mais ecológicas."

As membranas CMS são criadas depositando uma camada de polímeros ricos em carbono em um suporte adequado, em seguida, aplicar calor para converter o polímero em um filme CMS microporoso. "Os materiais CMS exibem de longe o melhor desempenho para uma ampla variedade de aplicações de separação de gás baseadas em membrana com alto consumo de energia, "afirma o líder do grupo, Ingo Pinnau.

"Esses materiais também são particularmente robustos quimicamente, "observa Ogieglo." Eles são promissores para situações como a produção de plásticos ou a captura de gases de efeito estufa porque têm um desempenho confiável mesmo em ambientes químicos muito agressivos e em altas temperaturas, " ele diz.

Um aspecto da pesquisa de membrana CMS é otimizar a espessura do filme CMS para minimizar a energia necessária para separar uma mistura química. "Intuitivamente, pode-se pensar que quanto mais fina a membrana, o melhor, "Ogieglo diz. Espera-se que uma camada de CMS mais fina tenha a menor resistência ao transporte para as moléculas que passam por seus poros. No entanto, a equipe descobriu que quando eles criaram filmes CMS abaixo de 50 nanômetros, a camada CMS era muito compacta com baixa microporosidade. "Esses filmes extremamente finos acabam por apresentar muito mais resistência ao transporte do que o esperado, "Ogieglo diz. Filmes CMS mais grossos de 300 nanômetros têm microporosidade significativamente maior, a equipe mostrou.

"Acreditamos que deve haver um ponto ideal na faixa de espessura - não muito fino, não muito espesso - onde o desempenho da membrana é ideal, "Ogieglo diz." Atualmente, estamos tentando descobrir onde está esse ponto ideal para os diferentes tipos de materiais de membrana. "

"Os resultados contribuirão para os esforços mais amplos da equipe para criar sistemas escaláveis, membranas de separação CMS prontas para a indústria, "Pinnau diz." Atualmente, estamos aumentando a produção de membranas compostas CMS para testar seu desempenho e estabilidade a longo prazo em módulos de membrana, " ele adiciona.