Los poros muy pequeños marcan una gran diferencia en la tecnología de filtrado

Los poros muy pequeños marcan una gran diferencia en la tecnología de filtrado

Los poros muy pequeños marcan una gran diferencia en la tecnología de filtrado

Crédito: ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.3c07489

Se ha demostrado que las membranas nanoporosas son herramientas valiosas para filtrar impurezas del agua y para muchas otras aplicaciones. Sin embargo, todavía queda mucho trabajo por hacer para perfeccionar sus diseños. Recientemente, el laboratorio del profesor Amir Haji-Akbari demostró que la ubicación exacta de los agujeros a nanoescala en la membrana puede marcar una gran diferencia. Los resultados se publican en ACS Nano.

En los últimos años, las membranas nanoporosas basadas en grafeno, polímeros, silicio y otros materiales se han utilizado con éxito para la separación de gases, la desalinización de agua, la filtración de virus, la generación de energía, el almacenamiento de gases y la administración de fármacos. Sin embargo, crear membranas que dejen pasar todas las moléculas buenas y al mismo tiempo impidan la entrada de moléculas no deseadas ha resultado complicado.

Para la desalinización de agua, por ejemplo, es crucial que la membrana tenga una alta permeabilidad al agua y al mismo tiempo bloquee suficientemente pequeños solutos iónicos y moleculares, así como otras impurezas. Pero los investigadores han descubierto que aumentar la permeabilidad de una membrana a menudo compromete su selectividad y viceversa.

Un enfoque prometedor es optimizar la química y la geometría de los nanoporos aislados para lograr la permeabilidad y selectividad deseadas, y colocar tantos poros como sea posible en una membrana nanoporosa. Sin embargo, no está claro cómo los poros vecinos se influyen entre sí.

A escala nanométrica, las moléculas que interactúan con las paredes de los poros pueden exhibir comportamientos que desafían las teorías convencionales. El laboratorio Haji-Akbari investigó si era posible diseñar sistemas de membranas innovadores con mayor precisión y eficiencia ajustando los nanoporos.

A través de simulaciones por computadora, el equipo de investigación de Haji-Akbari descubrió que la proximidad a nanoescala entre los poros puede afectar la permeabilidad al agua y el rechazo de la sal. Específicamente, crearon simulaciones de membranas con diferentes patrones de ubicación de poros, incluida una matriz hexagonal y una matriz de panal. Lo que encontraron fue que el patrón hexagonal, que permitía una mayor distancia entre los poros, tenía un mayor rendimiento de permeabilidad/selectividad que la membrana con patrón de panal.

Estos efectos se desvían de las teorías establecidas, afirmó Haji-Akbari.

“Esta suposición de que la resistencia de los poros es independiente de la proximidad de los poros no es correcta”, afirmó Haji-Akbari, profesor asistente de ingeniería química y ambiental. “Obviamente depende de la proximidad”.

Sus hallazgos proporcionan información sobre cómo estos efectos aceleran el movimiento de algunos iones a través de las membranas mientras hacen que otros iones se desaceleren. Además, esto puede contribuir a mejores diseños de membranas nanoporosas para procesos de separación mejorados, como la desalinización de agua y otras aplicaciones.

Más información:
Brian A. Shoemaker et al, Correlaciones en sistemas multiporosos cargados: implicaciones para mejorar la selectividad y la permeabilidad en membranas nanoporosas, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.3c07489

Proporcionado por la Universidad de Yale

Cita: Los poros muy pequeños marcan una gran diferencia en la tecnología de filtrado (7 de febrero de 2024) obtenido el 7 de febrero de 2024 de https://phys.org/news/2024-02-small-pores-big-difference-filtering.html

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