Membraner til industriel separering af kemiske blandinger

Skræddersyede membraner tilbyder en renere metode til industriel separering af kemiske blandinger, siger Suzana Nunes. Men først skal vi gøre deres fremstilling grønnere.

Porøse polymere membraner kunne virkelig rydde op i den kemiske og bioteknologiske industri, Suzana Nunes mener. Ligesom gennemtrængelige membraner har forskudt energirystende teknikker, såsom fordampning til afsaltning af havvand, membraner kunne være en langt mere miljøvenlig mulighed for utallige industrielle kemiske rensninger, siger KAUST -professoren i miljøvidenskab og teknik.

Inden vi skifter, der er en udfordring, der skal overvindes, Nunes argumenterer. Ironisk, trods deres miljømæssige anvendelser, den klassiske proces til fremstilling af membranen er i sig selv langt fra grøn. De fleste membraner fremstilles ved hjælp af flygtige organiske opløsningsmidler, udsætte arbejdstagere for skadelige dampe. Disse opløsningsmidler er på EU's liste over de industrikemikalier, som der er det mest presserende behov for at finde renere, sikrere alternativer. I mange lande, opløsningsmidlerne står over for et potentielt forbud.

"Industrien erkender vigtigheden af ​​at erstatte disse organiske opløsningsmidler, "Nunes siger." Men hvad erstatte dem med? "

Tager forspring i grøn produktion

Det er her forskning skal komme ind, Nunes siger, og hvor hun selv går forrest. Nunes tænker på en totrins løsning på membranproblemet:demonstrer industrien en renere metode til fremstilling af dem; bevis derefter, at disse grønne membraner fungerer lige så godt, eller bedre, end konventionelt fremstillede membraner til industriseparationer.

Fremskridt på trin et er allerede langt fremme. Den klassiske måde at lave en membran på er at tage en polymer og opløse den i et organisk opløsningsmiddel. Opløsningen støbes i et tyndt lag, og noget af opløsningsmidlet får lov til at fordampe, før det nedsænkes i vand for at fuldføre processen, Nunes forklarer .. Størrelsen af ​​porerne i det resulterende polymerark afgør stort set, hvilke komponenter i en kemisk blanding, der kan passere gennem membranen, og hvilke der afvises.

Nunes kæmper for en alternativ tilgang til membranfremstilling. "Vores arbejde har fokuseret på at bruge ioniske væsker som opløsningsmiddel, "siger hun. Ioniske væsker er salte, der er flydende ved stuetemperatur, men er fuldstændig ikke -flygtige, gør dem meget mere sikre for arbejdstagere. Ioniske væsker har været et varmt emne inden for grøn kemi forskning i det sidste årti, og en bred vifte er nu kommercielt tilgængelig.

Gør fremskridt

Nunes og hendes team på KAUST skaber allerede membraner ved hjælp af ioniske væsker. Mange eksisterende højtydende porøse membraner inkorporerer en polymer kaldet polyethersulfon og sidste år, forskerne viste, at de kunne lave disse ved hjælp af et ionisk flydende opløsningsmiddel1. Hvad mere er, den nye membran udførte en konventionelt produceret ækvivalent til adskillelse af komplekse blandinger af peptider og proteiner-i øjeblikket en dyr og besværlig proces for biotekindustrien. Ansøgningerne er enorme. For eksempel, mange nye lægemidler er biologiske lægemidler fremstillet af proteiner, som skal renses i høj grad, før det gives til patienter. De rigtige porøse membraner kunne dramatisk forenkle denne proces.

Skift til ioniske væsker til membranfremstilling bør have andre fordele, Nunes argumenterer. "Vi tror, ​​at vi måske kan opløse polymerer, som vi indtil nu ikke kunne opløse, og udvide den slags materialer, vi kan bruge til membraner, "Siger Nunes.

Fremstilling af membraner af nye materialer kan være en reel fordel for mange kemiske industriseparationer, hvor det ofte ikke er en levedygtig løsning at få fat i en eksisterende kommerciel membran fra hylden. De to største anvendelser af membraner-dialysemembraner til sundhedsvæsenet og afsaltningsmembraner til ferskvandsproduktion-involverer vandbaserede væsker ved godartede temperaturer. Men kemiske separationer kan involvere organiske opløsningsmidler, syrer eller alkalier og høje temperaturer. Disse ætsende forhold vil hurtigt nedbryde en almindelig membran.

Parallelt med hendes arbejde med ioniske væsker, Nunes har udviklet membraner baseret på poly (oxindolebiphenylylene), som er uigennemtrængelige for ekstreme pH -værdier og med succes kan adskille kemiske blandinger i organiske opløsningsmidler ved hidtil usete temperaturer på over 300 ° C2. "Dette er et emne af reel industriel relevans, hvor vi kan bidrage mere og mere i de næste par år, " hun siger.

Kombination af denne type membranmodstandsdygtighed med ionisk-væskebaseret fremstilling er den næste udfordring, forskerne må tage til sig for at maksimere membranernes miljømæssige fordele, Siger Nunes.

"Ti år fra nu, Jeg håber, at vi har overbevist membranindustrien, og de vil allerede bruge alternative opløsningsmidler, "siger hun." Og jeg er sikker på, at vi vil bruge membraner i den kemiske industri meget mere, end de bruges nu, "tilføjer hun." Det er her, forskere som mig kan bidrage mest til forandring. "