Un team di ricerca internazionale che include ingegneri Vanderbilt è il primo a separare con successo due ioni con molto, differenze di dimensioni molto piccole, un importante progresso nella scienza della separazione con un'applicazione potenziale diffusa.

Il processo è il primo per ottenere la separazione soluto-soluto con precisione sub-Angstrom. Un Angstrom è un centomilionesimo di centimetro, o un decimo di nanometro. Per un senso di scala, la differenza tra un singolo Angstrom e un metro è all'incirca l'equivalente della differenza tra la larghezza di una carta di credito e il raggio della Terra.

Il lavoro è il risultato di una vasta collaborazione internazionale tra Vanderbilt, il Suzhou Institute of Nano-Tech e Nano-Bionics dell'Accademia Cinese delle Scienze, Yale University e diverse altre istituzioni. L'avanzamento è segnalato online oggi in Comunicazioni sulla natura .

Il primo autore del documento, Yuanzhe Liang, è un dottorato di ricerca studente nel programma Interdisciplinare di Scienza dei Materiali della Scuola di Ingegneria. Shihong Lin, professore assistente di ingegneria civile e ambientale, è il consigliere di Liang e uno dei tre autori corrispondenti del progetto.

Ciò che rende significativo il lavoro è anche l'uso della nanofabbricazione per la separazione soluto-soluto. La nanofiltrazione è molto efficiente, relativamente maturo, ed è stato ampiamente utilizzato nella pratica. Ma nella maggior parte dei casi, serve per separare ioni e piccole molecole dal solvente, non l'un l'altro.

La chiave per ottenere la separazione soluto-soluto, gli autori hanno scoperto, consiste nell'utilizzare membrane con dimensioni dei pori altamente uniformi in modo che respingano i soluti più grandi dei pori ma non solo leggermente più piccoli. Ma arrivarci non è banale.

Le attuali membrane di nanofiltrazione commerciale all'avanguardia sono fabbricate mediante polimerizzazione interfacciale, in cui due precursori chimici, uno in fase acquosa e l'altro in fase oleosa, reagire. La reazione crea un sottile film di polimero all'interfaccia acqua/olio che funge da strato di separazione attivo. Questo strato ha pori di scala Angstrom, ma il processo complesso avviene in pochi secondi e rende l'ottenimento più piccolo, pori uniformi molto impegnativi.

Il nuovo metodo del team utilizza una dinamica, rete autoassemblante di tensioattivi per favorire una diffusione più rapida ed omogenea di specifiche molecole, o monomeri, attraverso l'interfaccia acqua/olio, quando i monomeri si legano tra loro per formare un polimero. La chiave per "la polimerizzazione interfacciale regolata dall'assemblaggio del tensioattivo, " o SARIP, come viene chiamato, consiste nell'aggiungere i giusti tipi di tensioattivi per promuovere la formazione di una rete altamente organizzata di dimensioni dei pori molto strette e molto uniformi all'interfaccia acqua/olio.

Il team ha valutato quali tipi di tensioattivi funzionano meglio e ha dimostrato che l'approccio funziona anche con altre coppie di tensioattivi, o precursori.

Nanofiltrazione, che è più efficiente e utilizza meno energia rispetto ad altre tecnologie, quali separazioni elettrochimiche e termiche, è già ampiamente utilizzato, creando vaste opportunità in molti settori per la scoperta del team.

"La separazione precisa di ioni e piccole molecole mediante membrane avrà un impatto trasformativo sull'energia, acqua, chimico, e industrie farmaceutiche, " hanno detto gli autori.