Una recente collaborazione tra ricercatori dell'Università di Chicago e dell'Università dell'Illinois a Chicago con il Center for Nanoscale Material's Electronic &Magnetic Materials &Devices Group presso l'Argonne National Laboratory ha prodotto la membrana di nanofiltrazione più sottile mai realizzata finora, a circa 30 nm, composto da soli quattro strati di nanoparticelle.

Una membrana di separazione è un componente chiave sia nei sistemi di filtrazione a nanofiltrazione che ad osmosi inversa. Tipicamente sono film polimerici spessi micron. Riducendo lo spessore della membrana si riduce la pressione che deve essere applicata attraverso la membrana per ottenere una certa quantità di flusso, che è un importante costo operativo in questi dispositivi. Il coefficiente di filtrazione di questa membrana per soluzioni acquose è di due ordini di grandezza maggiore rispetto ai tipici sistemi di nanofiltrazione a base di polimeri. Vicino a soli 80 kPa di pressione, la membrana mostra una spiccata sensibilità alla carica per una varietà di coloranti e altre molecole, rifiutando molecole di dimensioni superiori a 1,7 nm. Guidati da simulazioni di dinamica molecolare atomistica, è stato scoperto che il trasporto molecolare avviene attraverso regioni simili a pori tra nanoparticelle ravvicinate e che l'esclusione dielettrica domina il rigetto dipendente dalla carica.

Questa ricerca apre nuove possibilità per l'utilizzo delle nanoparticelle nella nanofiltrazione e separazione. Poiché la dimensione delle particelle, tipo di ligando di superficie, e la geometria di impaccamento nella membrana può essere regolata, è potenzialmente possibile regolare ulteriormente la dimensione di cut-off e la robustezza della membrana per una varietà di applicazioni di filtrazione.