I ricercatori di Argonne hanno dimostrato la fattibilità di una nuova tecnica per le membrane.

Che sia acqua del rubinetto o una tazza di caffè, quasi tutto ciò che beviamo passa attraverso una sorta di filtro. La capacità di trasformare i liquidi in questo modo è essenziale per la vita quotidiana, tuttavia spesso poggia su membrane relativamente delicate che possono intasarsi o degradarsi rapidamente.

Gli scienziati dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) stanno progettando modi per trattare le membrane in modo che possano filtrare meglio i liquidi e resistere alla degradazione causata dai prodotti chimici e dai biofoulants della lavorazione industriale. La tecnica brevettata di sintesi di infiltrazione sequenziale (SIS) di Argonne può alterare fondamentalmente una membrana dall'interno, consentendo un controllo molto maggiore sulla sua composizione chimica e sulla dimensione dei pori.

SIS ha mostrato risultati promettenti per la produzione di semiconduttori, rivestimenti ottici e spugne che puliscono le fuoriuscite di olio. Ora, per la prima volta, I ricercatori di Argonne hanno dimostrato la fattibilità della tecnica per le membrane.

Concepito per la prima volta nel 2010 dai ricercatori Argonne, SIS è un cugino della deposizione di strati atomici, o ALD. Entrambe le tecniche utilizzano vapori chimici per alterare l'interfaccia di un materiale come una membrana.

"Ma c'è un importante difetto di ALD per questa applicazione, " ha detto Seth tesoro, direttore dell'Istituto di ingegneria molecolare ad Argonne e del Centro di ricerca per la frontiera dell'energia sui materiali avanzati per i sistemi energia-acqua. "Quando rivesti i pori di una membrana con una tecnica come l'ALD, li stai costringendo."

Questo perché ALD fondamentalmente aggiunge strati sopra la membrana, che diminuisce lentamente i diametri dei pori, proprio come limiteresti il ​​flusso d'aria attraverso uno sfiato nel muro se continuassi a dipingerci sopra. SI, d'altra parte, cresce materiale all'interno della struttura della membrana stessa, cambiando la sua chimica senza alterare significativamente la forma dei pori.

"SIS può ottenere molte delle cose che ALD può ottenere in termini di ingegneria dell'interfaccia, "Tesoro ha detto, "ma con una restrizione minima dei pori."

Quasi tutte le membrane commerciali sono fatte di polimeri, grandi molecole formate da catene ripetute di molecole più piccole. SIS sfrutta lo spazio tra queste molecole, penetrando nella superficie della membrana e diffondendosi in essa con un materiale inorganico. Nella loro prova di concetto, Darling e colleghi hanno usato SIS per piantare i "semi" per l'ossido di alluminio e lo hanno coltivato all'interno di membrane di ultrafiltrazione (UF) di polietersulfone (PES), rendendoli più resistenti senza compromettere la capacità di filtrazione. I risultati sono stati pubblicati online il 24 settembre su JOM, la rivista dei Minerali, Società dei metalli e dei materiali.

La tecnica SIS consente una serie di miglioramenti alle membrane:la capacità di impedire ai foulants di attaccarsi alla superficie, Per esempio, o resistenza ai solventi che potrebbe essere necessaria in un ambiente industriale ma dissolverebbe i materiali convenzionali delle membrane.

La capacità di progettare le membrane in questo modo può aiutare a ridurre i costi negli impianti di trattamento delle acque o nelle industrie chimiche e farmaceutiche riducendo i tempi di fermo ei costi associati alla sostituzione delle membrane esaurite.

Darling e colleghi hanno usato SIS per creare Oleo Sponge, che cattura l'olio dall'acqua. In quel caso, un ossido di metallo cresciuto all'interno della superficie della spugna funge da sito di innesto per le molecole amanti del petrolio.

"Si può immaginare una strategia simile con le membrane, " Egli ha detto, "Dove innesti su molecole per conferire una certa selettività o altre proprietà che stai cercando".