15:12 2024-02-21 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Tehnologia membranei: Privind adânc în cei mai mici pori

_ Tehnologia membranei: arata adânc în cei mai mici pori

Membranele de nanotuburi de carbon aliniate vertical (VaCNT) pot fi folosite pentru a curăța sau desaliniza apa la debit mare și presiune scăzută. Recent, cercetătorii de la Karlsruhe Institute of Technology (KIT) și partenerii au efectuat experimente de adsorbție a hormonilor steroizi pentru a studia interacțiunea forțelor în porii mici.

Ei au descoperit că VaCNT cu geometria specifică a porilor și structura suprafeței porilor sunt potrivite pentru utilizare ca membrane foarte selective. Studiul lor este publicat în Nature Communications.

Apa de băut curată este de o importanță vitală pentru toți oamenii din întreaga lume. Membranele sunt folosite pentru a elimina eficient micropoluanții, cum ar fi hormonii steroizi care sunt dăunători sănătății și mediului. Un material membranar foarte promițător este realizat din nanotuburi de carbon aliniate vertical (VaCNT).

„Acest material este uimitor – cu pori mici de 1,7 până la 3,3 nanometri în diametru, o formă cilindrică aproape perfectă și o torsiune mică, „, spune profesorul Andrea Iris Schäfer, care conduce Institutul pentru Tehnologia Avansată a Membranelor (IAMT) al KIT. „Nanotuburile ar trebui să aibă un efect foarte absorbant, dar să aibă doar o frecare foarte scăzută”. În prezent, porii sunt prea mari pentru o reținere eficientă, dar porii mai mici nu sunt încă realizabili din punct de vedere tehnic.

În experimente cu micropoluanți steroizi, cercetătorii IAMT au studiat de ce membranele VaCNT sunt filtre de apă perfecte. Au folosit membrane produse de Laboratorul Național Lawrence Livermore (LLNL) din Livermore (California). Constatare: Adsorbția scăzută a VaCNT, adică depunerea pe suprafață, este de dorit pentru membranele foarte selective care vizează substanțe speciale.

Studiul dezvăluie că adsorbția în nanoporii membranei nu depinde doar de suprafața de adsorbție și transferul limitat de masă, dar și asupra interacțiunii forțelor hidrodinamice, frecării și forțelor de atracție și repulsie la interfața lichid-perete. Nanoporii foarte permeabili la apă prezintă o interacțiune scăzută datorită frecării mici și a debitului mare.

„Atunci când moleculele nu sunt reținute din cauza dimensiunii lor, interacțiunea cu materialul va determina adesea ce se întâmplă. Moleculele va sări prin membrană asemănător cu un alpinist care urcă un perete. Acest lucru este mult mai ușor atunci când există multe prize bune pentru cățărare", explică Schäfer. Studii precum cel realizat de IAMT ajută la proiectarea specifică a geometriei porilor și a structurii suprafeței porilor.

Zece ani pentru a transforma ideea într-un experiment

Membranele au fost dezvoltate de Dr. Francesco Fornasiero și echipa sa de la LLNL. Experimentele cu micropoluanții au fost efectuate și evaluate folosind instrumente analitice de ultimă generație la IAMT. „A fost nevoie de aproximativ 10 ani pentru a transforma ideea într-un experiment de succes care a întâlnit interesul larg al comunității de tehnologie a membranei”, spune Schäfer.

Producerea unor astfel de membrane aproape perfecte este extrem de dificilă. Pe suprafețe mai mari de câțiva centimetri pătrați, probabilitatea apariției defectelor este foarte mare. Iar defectele ar influența rezultatele. În ultimii ani, LLNL a reușit să producă membrane pe suprafețe mai mari. În paralel, cercetătorii IAMT au construit sisteme de filtrare foarte mici pentru experimente de reținere a urmelor de poluanți pe doi centimetri pătrați.

„Reducerea la scară este extrem de dificilă. A reuși acest lucru împreună este un mare succes”, spune Schäfer. „Acum, așteptăm dezvoltarea unor membrane cu pori și mai mici.”

Studiul a fost primul care s-a concentrat asupra interacțiunii forțelor hidrodinamice, frecării și forțelor de atracție și repulsie. Acesta oferă constatări de bază cu privire la prelucrarea apei. Acestea pot beneficia de procesele de ultra- și nanofiltrare controlate de nanopori.

(Fluierul)

Inapoi