struttura a membrana; lo strato superiore (rosa) mostra una morfologia selettiva dello strato contenente micelle impaccate. Gli spazi tra le micelle formano nanopori di membrana con dimensioni di 1-3 nanometri Credito:Ilin Sadeghi, co-autore dello studio e Ph.D. della Tufts University. candidato
Un team di ingegneri chimici e biologici ha sviluppato filtri a membrana altamente selettivi che potrebbero consentire ai produttori di separare e purificare le sostanze chimiche in modi attualmente impossibili, consentendo loro di utilizzare potenzialmente meno energia e ridurre le emissioni di carbonio, secondo i risultati pubblicati oggi in stampa sulla rivista ACS Nano .
Gli scienziati della Tufts University hanno affermato che le sofisticate membrane possono separare i composti organici non solo per dimensione, piccola quanto una molecola, ma anche per la loro carica elettrostatica, il che significa che i produttori possono ordinare i composti sia per dimensione che per tipo. Le membrane utilizzano un semplice, processo scalabile in cui un polimero speciale viene sciolto in un solvente e rivestito su un supporto poroso. Il polimero si autoassembla per creare canali di circa 1 nanometro che imitano i sistemi biologici, come i canali ionici, che controllano con grande efficacia il passaggio dei composti attraverso le membrane cellulari.
L'autore corrispondente Ayse Asatekin, dottorato di ricerca, un professore di ingegneria chimica e biologica presso la Tufts School of Engineering, ha affermato che la scoperta del team risponde alle richieste a livello di settore per lo sviluppo di soluzioni più efficienti per la separazione dei prodotti chimici, che rappresenta dal 10 al 15% del consumo energetico globale, secondo un rapporto su Nature.
"Il nostro studio è promettente perché è la prima dimostrazione di un nuovo modo di realizzare queste membrane selettive così importanti per la produzione chimica, " ha detto. "La progettazione di membrane molto selettive in grado di eseguire queste complesse separazioni potrebbe davvero aumentare l'efficienza energetica e ridurre notevolmente gli scarti di produzione".
Le membrane di nuova concezione possono:
Asatekin ha notato che la separazione basata sulla carica è migliorata quando la soluzione contiene una miscela di soluti, il che indica che la struttura della membrana imita con successo il funzionamento dei sistemi biologici come i canali ionici. Questa scoperta ha portato i ricercatori a credere che questo approccio possa essere utilizzato per affrontare altre separazioni, e realizzare selettività al di sopra e al di là di ciò che può essere ottenuto utilizzando membrane convenzionali.
"Ciò significa che potremmo potenzialmente realizzare filtri in grado di effettuare separazioni che attualmente non è possibile ottenere. I filtri oggi di solito si limitano a separare grandi da piccoli, e vogliamo essere in grado di separare composti della stessa dimensione ma diversi, " ha detto Asatekin.
Schema del meccanismo di formazione dello strato selettivo di membrana caratterizzato da nanocanali carichi. (a) La struttura del polimero con gruppi carichi (b) la formazione di micelle in metanolo, (c) micelle rivestite su un supporto poroso, dove formano una serie compatta di micelle sferiche con gruppi di acido carbossilico. Credito:Ilin Sadegh, co-autore dello studio e Ph.D. della Tufts University. candidato
Asatekin ha notato che alcune potenziali applicazioni per questo progetto includono la purificazione di antibiotici, aminoacidi, antiossidanti e altri composti biologici a piccole molecole, e la separazione dei liquidi ionici dallo zucchero negli impianti di bioraffineria. Però, ha affermato di ritenere che questo approccio generale possa essere potenzialmente adattato ulteriormente a diverse separazioni con ulteriori ricerche.
Asatekin è il principale investigatore degli Smart Polymers, Membrane, e Separazioni Laboratorio a Ciuffi. Il laboratorio mira a sviluppare la prossima generazione di membrane progettandole dalle molecole in su. Le membrane si affidano a polimeri che si autoassemblano, formare nanostrutture, ed espongono funzionalità chimiche che consentono loro di svolgere compiti normalmente non previsti dalle membrane. Rimuovono non solo i batteri ma anche i metalli pesanti, reagire agli stimoli, e separare le piccole molecole per struttura chimica. Globale, l'obiettivo è sviluppare membrane che aiutino a generare pulito, acqua sicura in modo più efficiente e separare i prodotti chimici con un minor consumo di energia.
