Ricavare acqua potabile dall'acqua di mare, il trattamento delle acque reflue e la dialisi renale sono solo alcuni importanti processi che utilizzano una tecnologia chiamata filtrazione a membrana.

La chiave del processo è il filtro a membrana, un sottile, pellicola semi-porosa che consente il passaggio di alcune sostanze come l'acqua separandone altre, sostanze indesiderate. Ma negli ultimi 30 anni, non ci sono stati miglioramenti significativi nei materiali che compongono gli strati chiave dei filtri a membrana prodotti commercialmente.

Ora, I ricercatori dell'UCLA hanno sviluppato una nuova tecnica chiamata sollevamento del film sottile, o T-FLO, per la creazione di filtri a membrana. L'approccio potrebbe offrire ai produttori un modo per produrre membrane più efficaci ed efficienti dal punto di vista energetico utilizzando plastiche ad alte prestazioni, strutture metallo-organiche e materiali in carbonio. Ad oggi, limitazioni nel modo in cui i filtri sono fabbricati hanno impedito a quei materiali di essere praticabili nella produzione industriale.

Uno studio che descrive il lavoro è pubblicato sulla rivista Nano lettere .

"Ci sono molti materiali là fuori che in laboratorio possono fare belle separazioni, ma non sono scalabili, " ha detto Richard Kaner, Il dottor Myung Ki Hong, professore di innovazione dei materiali dell'UCLA e autore senior dello studio. "Con questa tecnica, possiamo prendere questi materiali, realizzare film sottili scalabili, e renderli utili."

Oltre al loro potenziale per migliorare i tipi di filtrazione che vengono eseguiti utilizzando la tecnologia attuale, le membrane prodotte utilizzando T-FLO potrebbero rendere possibile una serie di nuove forme di filtrazione, ha detto Kaner, che è anche un illustre professore di chimica e biochimica, e di scienza e ingegneria dei materiali, e membro del California NanoSystems Institute presso l'UCLA. Per esempio, la tecnica potrebbe un giorno rendere possibile l'estrazione dell'anidride carbonica dalle emissioni industriali, il che consentirebbe di convertire il carbonio in carburante o altre applicazioni, riducendo allo stesso tempo l'inquinamento.

I filtri come quelli usati per la desalinizzazione sono chiamati membrane asimmetriche a causa dei loro due strati:uno strato "attivo" sottile ma denso che respinge le particelle più grandi di una dimensione specifica, e uno strato poroso di "supporto" che conferisce struttura alla membrana e le consente di resistere alle alte pressioni utilizzate nell'osmosi inversa e in altri processi di filtrazione. La prima membrana asimmetrica per la desalinizzazione è stata ideata dagli ingegneri dell'UCLA negli anni '60.

Le membrane asimmetriche odierne sono realizzate colando lo strato attivo sullo strato di supporto, o lanciando entrambi contemporaneamente. Ma per produrre uno strato attivo utilizzando materiali più avanzati, gli ingegneri devono utilizzare solventi o calore elevato, entrambi i quali danneggiano lo strato di supporto o impediscono l'adesione dello strato attivo.

Nella tecnica T-FLO, lo strato attivo viene colato come liquido su una lastra di vetro o metallo e indurito per rendere solido lo strato attivo. Prossimo, viene aggiunto uno strato di supporto in resina epossidica rinforzata con tessuto e la membrana viene riscaldata per far solidificare la resina epossidica.

L'uso della resina epossidica nello strato di supporto è l'innovazione che contraddistingue la tecnica T-FLO:consente di creare prima lo strato attivo in modo che possa essere trattato con prodotti chimici o calore elevato senza danneggiare lo strato di supporto.

La membrana viene quindi immersa in acqua per eliminare le sostanze chimiche che inducono i pori nella resina epossidica e per allentare la membrana dal vetro o dalla lamiera.

Finalmente, la membrana viene staccata dalla piastra con una lama, il "decollo" che dà il nome al metodo.

"I ricercatori di tutto il mondo hanno dimostrato molti nuovi eccitanti materiali in grado di separare i sali, gas e materiali organici in modo più efficace di quanto non si faccia industrialmente, " ha detto Brian McVerry, uno studioso postdottorato dell'UCLA che ha inventato il processo T-FLO ed è il co-primo autore dello studio. "Però, questi materiali sono spesso realizzati in film relativamente spessi che effettuano le separazioni troppo lentamente o in piccoli campioni difficilmente scalabili industrialmente.

"Abbiamo dimostrato una piattaforma che riteniamo consentirà ai ricercatori di utilizzare i loro nuovi materiali in un ampio, magro, configurazione asimmetrica della membrana, testabile in applicazioni reali."

I ricercatori hanno testato una membrana prodotta utilizzando T-FLO per rimuovere il sale dall'acqua, e ha mostrato la promessa di risolvere uno dei problemi comuni nella desalinizzazione, ovvero che microbi e altro materiale organico possono ostruire le membrane. Sebbene l'aggiunta di cloro all'acqua possa uccidere i microbi, la sostanza chimica provoca anche la rottura della maggior parte delle membrane. Nello studio, la membrana T-FLO respingeva il sale e resisteva al cloro.

In altri esperimenti, la nuova membrana è stata anche in grado di rimuovere i materiali organici dai rifiuti di solventi e di separare i gas serra.