Un team internazionale di ricercatori, tra cui scienziati della Shinshu University (Giappone) e il direttore dell'ATOMIC Center della Penn State, ha sviluppato un rivestimento a base di grafene per membrane di desalinizzazione che è più robusto e scalabile rispetto alle attuali tecnologie delle membrane di nanofiltrazione. Il risultato potrebbe essere una membrana robusta e pratica per soluzioni di acqua pulita e separazione delle proteine, trattamento delle acque reflue e applicazioni nell'industria farmaceutica e alimentare.

"Il nostro sogno è creare una membrana intelligente che combini portate elevate, alta efficienza, lunga vita, auto-guarigione ed elimina le incrostazioni biologiche e inorganiche al fine di fornire soluzioni di acqua pulita per le molte parti del mondo in cui l'acqua pulita è scarsa, "dice Maurizio Terrones, professore di fisica, chimica e scienza e ingegneria dei materiali, Penn State. "Questo lavoro ci sta portando in quella direzione".

La membrana ibrida sviluppata dal team utilizza una semplice tecnologia spray per rivestire una miscela di ossido di grafene e grafene a pochi strati in soluzione su una membrana di supporto dorsale di polisulfone modificato con alcol polivinilico. La membrana di supporto ha aumentato la robustezza della membrana ibrida, che è stato in grado di resistere a un intenso flusso incrociato, alta pressione e esposizione al cloro. Anche nelle prime fasi dello sviluppo, la membrana respinge l'85 percento di sale, adeguato per scopi agricoli ma non per bere, e il 96 percento delle molecole di colorante. I coloranti altamente inquinanti della produzione tessile vengono comunemente scaricati nei fiumi in alcune aree del mondo.

Il cloro è generalmente usato per mitigare il biofouling nelle membrane, ma il cloro degrada rapidamente le prestazioni delle attuali membrane polimeriche. L'aggiunta di grafene a pochi strati rende la nuova membrana altamente resistente al cloro.

Il grafene è noto per avere un'elevata resistenza meccanica, e si prevede che il grafene poroso abbia il 100% di rigetto del sale, rendendolo un materiale potenzialmente ideale per le membrane di desalinizzazione. Però, ci sono molte sfide con l'aumento del grafene a quantità industriali, incluso il controllo dei difetti e la necessità di complesse tecniche di trasferimento necessarie per gestire il materiale bidimensionale. Il lavoro attuale tenta di superare i problemi di scalabilità e di fornire una soluzione economica, membrana di alta qualità su scala di produzione.

Il lavoro è stato svolto presso il Global Aqua Innovation Center e l'Institute of Carbon Science and Technology dell'Università di Shinshu, Nagano, Giappone, dove Terrones è anche Distinguished Invited Professor. Il team comprende i ricercatori Aaron Morelos-Gomez, Josue Ortiz-Medina e Rodolfo Cruz-Silva, ex dottorato di ricerca studenti di Terrones. Morelos-Gomez è l'autore principale di un articolo pubblicato online il 28 agosto in Nanotecnologia della natura descrivendo il loro lavoro intitolato "NaCL efficace e rifiuto del colorante di membrane ibride a strati di ossido di grafene/grafene". I ricercatori giapponesi, Hiroyuki Muramatsu, Takumi Araki, Tomoyuki Fukuyo, Syogo Tejima, Kenji Takeuchi, e Takuya Hayashi, sono stati guidati anche dal professor Morinobu Endo.

Il primo autore Aaron Morelos-Gomez afferma:"La nostra membrana supera la solubilità in acqua dell'ossido di grafene utilizzando alcol polivinilico come adesivo rendendolo resistente a forti flussi d'acqua e ad alte pressioni. Mescolando l'ossido di grafene con il grafene potremmo anche migliorare significativamente la sua resistenza chimica".

Il professor Morinobu Endo conclude che "questo è il primo passo verso membrane più efficaci e intelligenti che potrebbero autoadattarsi a seconda del loro ambiente".