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Los investigadores de KAUST han desarrollado una membrana (en la foto de arriba) con un excelente rendimiento de desalinización de agua en configuraciones de ósmosis directa e inversa. CRÉDITO © 2022 KAUST; Anastasia Serín. |
Resumen:
Las membranas ordenadas a base de polímeros ultrafinos que eliminan eficazmente la sal del agua de mar y la salmuera podrían representar una alternativa prometedora a los sistemas de desalinización de agua existentes, según demuestra un equipo dirigido por KAUST.
Sacar la sal de la ecuación del agua
Thuwal, Arabia Saudita | Publicado el 7 de octubre de 2022
«Una forma de superar estas limitaciones son las membranas carbonosas porosas bidimensionales con canales de transporte molecular del tamaño de subnanómetros regulares y distribuidos uniformemente», dice el primer autor Jie Shen, postdoctorado en el grupo de Hans. Sin embargo, estas membranas normalmente se sintetizan en solución, lo que fomenta el crecimiento aleatorio de una estructura tridimensional desordenada con microporos mal definidos.
Yu Han, Vincent Tung, Ingo Pinnau y el excientífico de KAUST Lance Li, ahora en la Universidad de Hong Kong, han desarrollado un método que ayuda a controlar el crecimiento de andamios de polímeros conjugados bidimensionales en películas de carbono ultrafinas a través de la deposición de vapor químico.
Los investigadores depositaron el monómero trietinilbenceno en sustratos de cobre monocristalino atómicamente planos en presencia de una base orgánica que actúa como catalizador. El trietinilbenceno tiene tres grupos reactivos que sirven como puntos de anclaje para otros monómeros. Estos grupos tienen un ángulo de 120 grados entre sí, creando matrices organizadas de estructuras cíclicas bien definidas que se apilan en canales hidrofóbicos rómbicos de tamaño subnanómetro.
La membrana mostró un excelente rendimiento en la desalinización del agua tanto en configuraciones de ósmosis directa como inversa, superando a las que contienen materiales avanzados como nanotubos de carbono y grafeno. También mostró una fuerte repulsión por los iones divalentes y las moléculas pequeñas cargadas y neutras.
Los investigadores descubrieron que las moléculas de agua formaban una red tridimensional dentro de la membrana, en lugar de moverse a través de la membrana como cadenas unidimensionales a lo largo de canales triangulares verticales. Esto explica el rápido transporte de agua a través de la membrana. «Este resultado inesperado mostró que los canales verticales aparentemente discretos en realidad están conectados por canales horizontales cortos que pueden pasarse por alto fácilmente en el modelo estructural proyectado», dice Han.
El equipo ahora está trabajando para mejorar la propiedad antiincrustante, la resistencia mecánica y la estabilidad química a largo plazo de la membrana para futuras aplicaciones prácticas. También optimizan las características de la carga superficial y los tamaños de los canales. “Nuestro objetivo final es proporcionar una plataforma versátil y multifuncional que satisfaga las necesidades de diversas aplicaciones, tales como: B. tamizado de iones, detección de moléculas individuales e interfaces neurales”, dice Han.
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