In una prima mondiale, un gruppo di ricerca internazionale, guidato da Monash University e ANSTO, ha creato una membrana porosa ultrasottile per separare completamente gli ioni potenzialmente dannosi, come piombo e mercurio, dall'acqua.

Questa innovazione potrebbe migliorare il processo di desalinizzazione e trasformare l'acqua più sporca in qualcosa di potabile per milioni di persone in tutto il mondo. La membrana ha funzionato costantemente per più di 750 ore utilizzando un'energia limitata. Potrebbe anche essere prodotto su scala globale, in attesa di ulteriori test.

I ricercatori hanno sviluppato per la prima volta nanofogli di alluminio monostrato stabili all'acqua tetra-(4-carbossifenil) porfirina (denominati AI-MOF), e hanno dimostrato la loro quasi perfezione come materiali da costruzione per membrane nella separazione ionica dall'acqua.

Questi nanofogli di Al-MOF, esfoliato con uno spessore appena nanometrico, può aiutare a rimuovere gli agenti cancerogeni nocivi dall'atmosfera creando membrane altamente porose per facilitare i processi di separazione di gas e solventi organici, come la vernice.

I risultati dello studio sono pubblicati in Progressi scientifici .

Lo studio è stato condotto dal professor Xiwang Zhang, Ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica della Monash University e Direttore dell'ARC Research Hub for Energy-efficient Separation, e il dottor Qinfen Gu, Principal Scientist presso l'Australian Synchrotron di ANSTO.

"Grazie alla ricca porosità e alla dimensione uniforme dei pori, I Metal Organic Frameworks (MOF) offrono vantaggi significativi rispetto ad altri materiali per la separazione precisa e veloce della membrana, "Ha detto il professor Zhang.

"Però, rimane una sfida scoraggiante fabbricare membrane MOF ultrasottili (meno di 100 nanometri) per il trattamento relativo all'acqua, poiché la maggior parte delle membrane MOF segnalate sono tipicamente spesse e soffrono di insufficiente stabilità idrolitica.

"In questo primo studio al mondo, siamo stati in grado di utilizzare questi Al-MOF ultrasottili per creare una membrana permeabile all'acqua, ottenendo la massima porosità con quasi il 100% di rigetto degli ioni. Questo studio mostra la promessa per la futura applicazione di questa membrana ad altri processi di filtrazione, come la separazione del gas".

I polimeri sono di gran lunga i materiali per membrane più diffusi, soprattutto per la loro facile lavorabilità e il basso costo, lo studio suggerisce.

Però, le membrane polimeriche tradizionali per la separazione ionica dall'acqua contengono solitamente uno strato selettivo denso, determinando una selettività limitata. In contrasto, membrane nanoporose, dove i nanopori uniformi fungono da ruolo di setacciatura, può superare questa limitazione.

Questo studio innovativo conferma che i nanopori intrinseci dei nanosheet di Al-MOF facilitano la separazione ioni/acqua creando canali allineati verticalmente come principale via di trasporto per le molecole d'acqua, ed è stato reso possibile dalla capacità unica del sincrotrone australiano di analizzare i materiali a livello molecolare.

"Usiamo uno strumento chiamato linea di luce di diffrazione delle polveri al sincrotrone australiano di ANSTO, per comprendere la differenza tra la struttura molecolare dei campioni di nanosheet, e campioni a diverse temperature, per testare le prestazioni di purificazione dell'acqua, " ha detto il dottor Gu.

"La tecnica, chiamato in loco, caratterizzazione per diffrazione di raggi X su polvere ad alta temperatura, è stata condotta sui nanosheet, e durante il processo non ci sono state variazioni evidenti nei campioni all'aumentare della temperatura, dimostrando la loro robustezza».