I sistemi a membrana hanno un grande potenziale come alternative a basso consumo energetico in applicazioni come la desalinizzazione, recupero farmaceutico, depurazione e trattamento dei rifiuti.

Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno creato le più grandi membrane prive di difetti segnalate fino ad oggi che sfruttano appieno le proprietà uniche di trasporto di massa dei nanotubi di carbonio come canali di flusso. Questo lavoro è stato recentemente pubblicato online in Scienze avanzate .

I materiali chimicamente robusti che trasportano selettivamente le molecole ad alta velocità sono fondamentali per lo sviluppo di sistemi di membrane avanzati che superano le prestazioni dei prodotti all'avanguardia. Nanotubi di carbonio:canali interamente in carbonio più di 50, 000 volte più sottili di un capello umano:appartengono a questa classe di blocchi da costruzione a membrana altamente promettenti. A differenza dei materiali porosi convenzionali, questi minuscoli canali consentono un flusso di gas e liquido eccezionalmente veloce che diventa ancora più veloce man mano che i tubi si riducono

Per ottenere i massimi benefici da questi straordinari materiali, è fondamentale massimizzare la densità dei nanotubi di carbonio aperti attraverso la membrana. I ricercatori del LLNL sono cresciuti ad alta densità, nanotubi a parete singola su wafer di silicio da 4 pollici e li ha usati per creare membrane con proprietà di trasporto eccezionali su larga scala.

"Aumentare le membrane di nanotubi di carbonio senza introdurre perdite non è un compito da poco, " ha detto l'autore principale e ricercatore post-dottorato LLNL Melinda Jue. "Controlliamo rigorosamente e caratterizziamo le nostre membrane per garantire che siano prive di difetti prima di utilizzarle per misurare con precisione il miglioramento del flusso".

Ci sono 10 volte più nanotubi conduttivi in ​​queste membrane ad ampia area rispetto a quanto ottenuto in precedenza.

"Utilizzando un'alta densità di nanotubi di carbonio come vie di trasporto, siamo in grado di realizzare membrane che sono 6, 200 volte più permeabile all'acqua di quanto previsto dalla teoria e hanno un flusso d'acqua fino a 10 volte più grande delle membrane disponibili in commercio con dimensioni dei pori simili, " disse Francesco Fornasiero, lo scienziato LLNL che guida il progetto.

Insieme alla quantificazione del miglioramento del trasporto consentito dai nanotubi di carbonio, il team di ricerca ha studiato la capacità di nanofiltrazione di queste membrane di nanotubi di carbonio di grandi dimensioni.

"Si potrebbe immaginare di utilizzare queste membrane per separare in modo efficiente soluzioni altamente saline dove si desidera rimuovere il sale mentre si concentra il componente più prezioso, " ha detto Ju.

Il degrado delle prestazioni dovuto al fouling è uno dei principali ostacoli all'uso diffuso delle tecnologie a membrana, e contrastare i suoi effetti richiede il trattamento delle membrane con prodotti chimici aggressivi. La natura robusta dei nanotubi di carbonio e della matrice polimerica porta anche a un'eccellente stabilità chimica, consentendo una facile pulizia delle membrane. "Poi, quando la membrana si sporca, puoi pulirlo con candeggina senza doversi preoccupare del degrado come con le tipiche membrane polimeriche, " ha detto Ju.