Membranas de queima para peneiramento molecular

18 de agosto de 2022

pela Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah

Uma membrana de nanofiltração robusta que atua como uma peneira molecular altamente eficaz pode evitar muitos dos problemas com as membranas poliméricas atuais.

A filtração desempenha um papel crucial em muitas indústrias, desde a purificação de água até a produção farmacêutica. A nanofiltração de solvente orgânico, por exemplo, usa membranas com poros minúsculos para remover moléculas dissolvidas em solventes orgânicos (à base de carbono).

A nanofiltração é mais eficiente em termos energéticos do que os métodos alternativos de separação, como a destilação. Mas, para suportar os rigores do uso industrial, as membranas de nanofiltração devem ser estáveis ​​contra solventes, ácidos e bases agressivos.

"Infelizmente, a maioria das membranas à base de polímero exibem baixa estabilidade química", diz o pós-doutorado Rifan Hardian. Essas membranas geralmente precisam de reticuladores químicos adicionais para melhorar sua estabilidade, o que complica sua fabricação. Muitas membranas, à medida que incham e envelhecem, também tendem a perder seu desempenho e podem até quebrar para liberar vestígios de contaminantes.

Hardian e seus colegas da KAUST Mahmoud A. Abdulhamid e Gyorgy Szekely agora superaram essas desvantagens criando um novo tipo de membrana de peneira molecular de carbono (CMS) que não requer reticuladores adicionais.

A membrana é baseada em um polímero chamado 6FDA-DMN, que pode ser formado em uma membrana plana e porosa com boa estabilidade térmica. O cozimento da membrana de polímero a 400-600 graus Celsius por várias horas gradualmente queimou alguns de seus grupos químicos para deixar uma membrana resistente feita inteiramente de carbono. Imagens de microscópio eletrônico mostraram que nas temperaturas mais altas, esse processo de carbonização também encolheu consideravelmente os poros da membrana.

Depois de ajustar as condições usadas para fazer a membrana CMS, os pesquisadores testaram suas habilidades de filtração usando soluções contendo moléculas com uma variedade de tamanhos. O perfil das moléculas retidas pela membrana, em comparação com as que passaram por seus poros, revelou a eficácia da membrana em peneirar diferentes moléculas.

As membranas preparadas a 600 graus Celsius tiveram o melhor desempenho, retendo a maioria das moléculas menores e permitindo que as moléculas de solvente fluíssem. A equipe também descobriu que a estrutura porosa do polímero inicial era a chave para produzir uma membrana CMS com alta permeabilidade ao solvente.

"Uma combinação de alta rejeição de pequenas moléculas e alta permeabilidade ao solvente indica um melhor desempenho da membrana", explica Hardian. "As membranas também exibiram estabilidade excepcional em vários solventes orgânicos, incluindo ácido e base, por um longo período."

Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar a permeabilidade da membrana e planejam incorporar vários nanomateriais na membrana para controlar suas propriedades.

A pesquisa foi publicada na Applied Materials Today.

Mais Informações: Mahmoud A. Abdulhamid et al, Membranas de peneira molecular de carbono com estrutura assimétrica de pele integral para nanofiltração de solvente orgânico (OSN) e osmose reversa de solvente orgânico (OSRO), Applied Materials Today (2022). DOI: 10.1016/j.apmt.2022.101541

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah