I materiali organici covalenti con microstrutture porose ben ordinate potrebbero fornire le membrane necessarie alla tecnologia per soddisfare controlli ambientali sempre più severi ed essere redditizi da produrre.

I ricercatori di KAUST hanno generato membrane cristalline, costituito da elementi costitutivi organici tenuti insieme da legami covalenti, che consentono la purificazione e il recupero di solventi organici con elevata selettività e flusso elevato. Le membrane hanno anche il potenziale per processi innovativi nell'industria chimica.

La nanofiltrazione di solventi organici in genere coinvolge membrane a base di polimeri che presentano piccoli pori ma formano reti dense e amorfe. Materiali microporosi ben ordinati, come zeoliti e strutture metallo-organiche, si comportano significativamente meglio di queste membrane convenzionali in vari processi di separazione. Però, non sono adatti per un uso estensivo nella separazione dei liquidi a causa della loro scarsa stabilità strutturale e chimica nei liquidi.

Ora, una squadra guidata da Zhiping Lai, ha sviluppato un approccio sintetico che produce materiali microporosi ben ordinati che sono stabilizzati da legami covalenti cheto-enamina. Questi legami sono prodotti dalla reazione tra gruppi funzionali amminici e aldeidici di composti organici.

I ricercatori hanno fabbricato le membrane con il metodo Langmuir-Blodgett, che ha prodotto in modo affidabile film sottili di ampia area di spessore ben definito utilizzando precursori di aldeide anfifila e ammina. Hanno depositato le soluzioni della miscela precursore su una superficie dell'acqua per formare strutture esagonali bidimensionali debolmente legate. Una volta evaporato il solvente, hanno compresso i film lateralmente e hanno aggiunto un acido organico alla miscela, trasformando i legami reversibili in legami covalenti cheto-enamina e sigillando le strutture esagonali in posizione.

Le nuove membrane hanno superato gli analoghi amorfi fabbricati utilizzando lo stesso metodo e i migliori sistemi a base di polimeri. "Condividono la stessa chimica degli analoghi polimerici, con conseguente idrotermale simile, stabilità chimica e meccanica, ma i loro flussi sono più alti, "dice borsista post-dottorato, Digambar Shinde, primo autore del saggio.

La permeabilità ai solventi organici delle nuove membrane è quasi un ordine di grandezza superiore a quella delle membrane polimeriche meglio riportate, aggiunge. Le membrane erano più stabili delle strutture metallo-organiche e più economiche delle membrane inorganiche. Potrebbero anche separare miscele di molecole di colorante che differiscono per peso molecolare e dimensioni.

Il team sta attualmente lavorando per estendere l'uso delle membrane a una moltitudine di applicazioni. "Le dimensioni dei pori di queste membrane sono adatte per il pretrattamento della desalinizzazione dell'acqua di mare, trasformazione dei prodotti alimentari, purificazione dei processi farmaceutici e medici, come l'emodialisi, " dice Shinde. Le membrane possono essere utili anche per eliminare i metalli pesanti, virus e batteri.