Membrane sottilissime realizzate su misura per separare molecole specifiche dai liquidi potrebbero migliorare l'efficienza della raffinazione del petrolio e della produzione farmaceutica.

Filtraggio di solventi organici:liquidi a base di carbonio, come oli e alcoli, che dissolvono altre sostanze, è cruciale per il petrolio, aziende chimiche e farmaceutiche che devono creare costantemente il prodotto più puro.

Tecniche di estrazione tradizionali, come la distillazione, utilizzare grandi quantità di energia, e le alternative verdi emergenti, come membrane, affrontare altre sfide. Ad esempio, i materiali porosi devono resistere a solventi spesso altamente reattivi mentre filtrano le molecole bersaglio di una particolare dimensione e forma. Sono disponibili alcune membrane molto efficienti per separare il sale dall'acqua nella desalinizzazione dell'acqua di mare, ma non sono così efficaci nel separare i più piccoli, molecole molto simili nei solventi organici.

Un team guidato dai ricercatori KAUST ha creato una membrana porosa ultrasottile utilizzando blocchi molecolari accuratamente realizzati, note come trianglamine. "Puoi immaginarlo come LEGO, " spiega Suzana Nunes, professore di Scienze e Ingegneria Chimica e Ambientale, "dove prendi triangoli cavi preformati e li assembla insieme in una pellicola piatta". Definendo prima la dimensione dei pori e la carica elettrica di queste molecole triangolari, hanno continuato a creare una membrana in grado di separare molecole di diverse dimensioni e forme.

Anche lo spessore della membrana è fondamentale per l'efficienza di filtraggio. "Per una filtrazione più rapida, il film deve essere il più sottile possibile per evitare un'inutile resistenza al passaggio del solvente, " dice Nunes. Per raggiungere questo obiettivo, hanno separato i due ingredienti principali (cloruro di tereftaloile e le trianglamine preformate) in due fluidi diversi che non si mescolano (olio e acqua, rispettivamente), costringendo la reazione a verificarsi solo all'interfaccia dove i fluidi si incontravano." Abbiamo scoperto che questo formava uno strato estremamente sottile di pochi nanometri, "dice Tiefan Huang, l'autore principale, "molto più sottile delle comuni membrane commerciali preparate in questo modo." Ogni film era compreso tra 3,5 e 10 nanometri, a seconda della durata della reazione.

Il team ha testato le loro membrane su coloranti colorati con dimensioni molecolari simili ma distinte. Tutte le loro membrane hanno filtrato almeno il 90 percento delle molecole di colore che pesavano più di 450 grammi per mole, superando di gran lunga alcune delle altre membrane che hanno testato. "Le prestazioni delle membrane non si sono deteriorate dopo 48 ore di filtrazione continua, " aggiunge Huang. E hanno anche resistito all'esposizione a sostanze più dure, compreso acetone e metanolo.

"La purificazione molecolare per i prodotti farmaceutici può comportare molti passaggi, " spiega Nunes. "Membrane più selettive e robuste come le nostre possono semplificare il processo, rendendolo più conveniente. Il macchinario che abbiamo utilizzato è già ampiamente utilizzato nell'industria delle membrane, "aggiunge, "così può essere facilmente scalato per la produzione."

Le membrane in questo studio sono state adattate specificamente per molecole di circa 400 grammi per mole. "Prossimamente lavoreremo su un portafoglio di elementi costitutivi in ​​modo da poter realizzare membrane per la selezione di molecole di molte forme e dimensioni diverse, "dice Nunes, "e infine contribuire a rendere più sostenibile la separazione dei solventi organici".