I ricercatori dell'Università di Manchester hanno fatto un balzo in avanti nel superare uno dei maggiori problemi nella tecnologia delle membrane:il fouling delle membrane.

Le separazioni a membrana sono essenziali per vari processi, come la filtrazione dell'acqua e la separazione di olio e gas. L'uso del grafene e di altri materiali 2-D nella tecnologia delle membrane ha attirato un'attenzione significativa a causa della sintonizzabilità di questi materiali che consente di filtrare le impurità prima non ritenute possibili.

Il fouling è un evento inevitabile nella separazione della membrana, dove si verificano blocchi nei pori di una membrana, arrestando il flusso e impedendo alla membrana di funzionare normalmente. L'incrostazione è un problema particolarmente grave per la tecnologia di separazione dell'olio a causa della facilità con cui le gocce d'olio si attaccano alla superficie della membrana.

Pubblicato in Comunicazioni sulla natura , il team con sede presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienze Analitiche, Henry Royce Institute e National Graphene Institute in collaborazione con University College London (UCL), hanno dimostrato che la forma bidimensionale esfoliata della vermiculite, un minerale argilloso naturale, può essere utilizzato come rivestimento resistente alle incrostazioni per la separazione olio-acqua.

È ben noto che l'aumento della bagnabilità con l'acqua e la diminuzione dell'adesione dell'olio su una membrana possono ridurre l'intasamento della membrana dovuto alla deposizione di olio. La comunità scientifica in passato si è principalmente concentrata sulla regolazione della carica superficiale della membrana mediante modificazione chimica per migliorare la bagnabilità dell'acqua e quindi ridurre le incrostazioni. Questi tentativi sono riusciti in parte, ma le proprietà antivegetative a lungo termine dovevano ancora essere raggiunte.

Ora il team dell'Università di Manchester ha scoperto che le proprietà bagnanti delle membrane di vermiculite, preparato impilando molti strati di fogli di vermiculite bidimensionali, può essere sintonizzato da super-idrofilo a idrofobo semplicemente scambiando i cationi presenti sulla superficie e tra gli strati di vermiculite.

Ulteriore, il team ha anche dimostrato come sfruttare questa proprietà insolita per ridurre l'incrostazione della membrana durante la filtrazione olio-acqua utilizzando la vermiculite superidrofila scambiata con litio (vermiculite di litio) come strato di rivestimento per le membrane di microfiltrazione commerciale.

Dottor Kun Huang, l'autore principale dell'articolo ha dichiarato:"Le membrane di vermiculite al litio non solo forniscono superidrofilia, ma respingono anche le goccioline di olio durante la filtrazione a causa della loro proprietà superoleofobica sott'acqua. L'adesione dell'olio sott'acqua sulle membrane di microfiltrazione rivestite di vermiculite era più di 40 volte inferiore rispetto a quelle non rivestite. membrana."

La separazione olio-acqua dimostrata è solo un esempio dell'uso di membrane antivegetative superidrofile. La loro applicazione potrebbe essere estesa ad altri settori come lo sviluppo di superfici autopulenti, e filtri antivegetativi per biofiltrazione.

Il professor Rahul Raveendran Nair ha dichiarato:"Lo sviluppo di membrane antivegetative per la separazione olio-acqua è un obiettivo a lungo ricercato da scienziati e tecnologi, che è evidente dalla rapida crescita del numero di pubblicazioni in questo settore. Riteniamo che il nostro lavoro fornisca un importante progresso nella comprensione fondamentale delle proprietà di bagnatura dei solidi fino al livello molecolare e rappresenti una pietra miliare nello sviluppo di robuste tecnologie di membrana resistenti alle incrostazioni".

Il lavoro è stato svolto in collaborazione con scienziati del Dipartimento di fisica e astronomia dell'UCL per sondare il meccanismo dell'insolita transizione di bagnatura dell'acqua nella membrana di vermiculite durante lo scambio ionico.

Patrick Rowe, di UCL ha dichiarato:"Il nostro studio mostra come i dettagli su scala atomica dell'interazione tra le molecole d'acqua, le superfici e gli ioni sono importanti per comprendere le proprietà superficiali dei solidi. L'elevata affinità con l'acqua e quindi la minore interazione delle gocce d'olio della vermiculite di litio è dovuta alla disposizione unica delle molecole d'acqua sulla superficie della vermiculite di litio".

Dott.ssa Christie Cherian, chi ha scritto il documento ha detto, "La presenza di ioni nella membrana di vermiculite ha aiutato a fissare saldamente le molecole d'acqua sulla superficie anche quando la membrana è esposta all'olio per un periodo di tempo prolungato, una proprietà unica della membrana rivestita di vermiculite, mostra la promessa di usarlo come rivestimento antivegetativo a lungo termine.