Le membrane polimeriche a setacciatura ionica possono funzionare con precisione squisita ottenendo un controllo senza precedenti sulla dimensione dei pori e sull'uniformità all'interno delle membrane, I ricercatori KAUST hanno dimostrato.

Il sistema nervoso biologico funziona attraverso il trasporto selettivo di particelle cariche elettricamente chiamate ioni attraverso le membrane cellulari. Se le membrane prodotte fossero in grado di raggiungere una selettività ionica simile, potrebbe trasformare molte tecnologie, compresa la depurazione dell'acqua, estrazione di minerali e stoccaggio di energia.

"Raggiungere una separazione precisa degli ioni a livello sub-nanometrico mediante membrane polimeriche è molto impegnativo", afferma l'ingegnere chimico Zhiping Lai.

Gli ioni si formano quando atomi o molecole perdono o acquistano elettroni, ottenendo quindi una carica elettrica positiva o negativa. Quelli derivati ​​da singoli atomi, come il sodio (Na ⁺ ), litio (Li ⁺ ) o cloruro (Cl ^- ) ioni, sono inferiori a 1 nanometro (10 ^-9 metri) di larghezza. I ricercatori hanno utilizzato le dimensioni note degli ioni per condurre studi di simulazione, che ha aiutato a identificare monomeri adatti che potrebbero fungere da unità molecolari necessarie per collegarsi in una struttura di membrana di polimeri microporosi coniugati (CMP).

Hanno quindi utilizzato un processo chiamato elettropolimerizzazione per realizzare le loro membrane polimeriche. Questo processo utilizza una corrente elettrica ciclica per controllare la struttura precisa che si forma quando 1, 3, Le molecole di 5-tris(N-carbazolil)benzene monomero si legano tra loro.

"È stato difficile determinare la dimensione dei pori e il livello di porosità risultanti a causa della struttura asimmetrica della membrana, "dice Lai, aggiungendo, "per superare questo problema abbiamo dovuto fare centinaia di campioni."

Le piccole dimensioni e la natura dei pori hanno impedito alla loro analisi di utilizzare molti metodi comuni di determinazione strutturale, ma una soluzione è stata trovata nel fisisorbimento del gas, che studia l'interazione di un materiale con i gas.

Nei test che utilizzano soluzioni contenenti una gamma di ioni, le membrane hanno dimostrato di avere una prestazione di setacciamento ionico selettivo superiore a quasi tutte le altre membrane riportate.

"Ciò dimostra che le nostre innovative membrane polimeriche hanno un grande potenziale in molti processi di separazione ionica legati all'energia e all'ambiente, " dice Zongyao Zhou. Rimuovere gli ioni dall'acqua di mare per produrre acqua potabile è una possibilità ovvia. Anche le batterie ricaricabili e altri sistemi di accumulo di energia dipendono dal controllo del movimento degli ioni.

Zhou afferma che il prossimo obiettivo del team è esplorare il potenziale delle membrane da utilizzare in una varietà di sensori chimici innovativi. Molte sostanze chimiche di interesse ambientale o medico sono costituite da ioni. Le membrane che consentono selettivamente agli ioni di interesse di passare attraverso le membrane potrebbero essere utilizzate in una nuova generazione di tecnologia dei sensori più precisa e flessibile.