p A membrana de polímero inovadora desenvolvida pelos cientistas da KAUST tem grande potencial em muitos processos de separação de íons relacionados à energia e ao meio ambiente. Crédito:© Adaptado de Zhou et al. 2021.
p Membranas de polímero de peneiramento de íons podem funcionar com precisão requintada, ganhando controle sem precedentes sobre o tamanho dos poros e uniformidade dentro das membranas, Pesquisadores da KAUST mostraram. p O sistema nervoso biológico funciona por meio do transporte seletivo de partículas eletricamente carregadas, chamadas íons, através das membranas celulares. Se as membranas fabricadas fossem capazes de alcançar uma seletividade de íons semelhante, poderia transformar muitas tecnologias, incluindo purificação de água, extração mineral e armazenamento de energia.
p "Alcançar a separação iônica precisa no nível sub-nanômetro por membranas de polímero é muito desafiador", disse o engenheiro químico Zhiping Lai.
p Os íons são formados quando os átomos ou moléculas perdem ou ganham elétrons, portanto, ganhando uma carga elétrica positiva ou negativa. Aqueles derivados de átomos simples, como sódio (Na
+
), lítio (Li
+
) ou cloreto (Cl
-
) íons, são menores que 1 nanômetro (10
-9
metros) de diâmetro. Os pesquisadores usaram os tamanhos conhecidos de íons para conduzir estudos de simulação, que ajudou a identificar monômeros adequados que poderiam atuar como as unidades moleculares necessárias para se ligar a uma estrutura de membrana de polímero microporoso conjugado (CMP).
p Eles então usaram um processo chamado eletropolimerização para fazer suas membranas de polímero. Este processo usa uma corrente elétrica cíclica para controlar a estrutura precisa que se forma quando o 1, 3, As moléculas de monômero de 5-tris (N-carbazolil) benzeno se ligam.
p "Foi um desafio determinar o tamanho do poro resultante e o nível de porosidade por causa da estrutura assimétrica da membrana, "diz Lai, adicionando, "para superar esse problema, tivemos que fazer centenas de amostras."
p O tamanho minúsculo e a natureza dos poros impediram sua análise de usar muitos métodos comuns de determinação estrutural, mas uma solução foi encontrada na fisiossorção de gás, que estuda a interação de um material com gases.
p Em testes usando soluções contendo uma variedade de íons, as membranas provaram ter um desempenho de peneiramento seletivo superior a quase todas as outras membranas relatadas.
p "Isso demonstra que nossas membranas poliméricas inovadoras têm grande potencial em muitos processos de separação de íons relacionados à energia e ao meio ambiente, ", diz Zongyao Zhou. Remover íons da água do mar para produzir água potável é uma possibilidade óbvia. Baterias recarregáveis e outros sistemas de armazenamento de energia também dependem do controle do movimento dos íons.
p Zhou diz que o próximo objetivo da equipe é explorar o potencial das membranas para serem usadas em uma variedade de sensores químicos inovadores. Muitos produtos químicos de interesse ambiental ou médico consistem em íons. Membranas que permitem a passagem seletiva de íons de interesse através das membranas podem ser usadas em uma nova geração de tecnologia de sensor mais precisa e flexível.