Krystalklar opløsningsmiddelfiltrering

Kovalente organiske materialer med velordnede porøse mikrostrukturer kunne give de membraner, der er nødvendige for, at teknologi kan opfylde stadig strengere miljøkontrol og være omkostningseffektive at producere.

Forskere fra KAUST har genereret krystallinske membraner, bestående af organiske byggesten holdt sammen af ​​kovalente bindinger, som muliggør oprensning og genvinding af organisk opløsningsmiddel med høj selektivitet og høj flux. Membranerne har også potentiale for innovative processer i den kemiske industri.

Organisk opløsningsmiddel nanofiltrering involverer typisk polymerbaserede membraner, der har små porer, men danner tætte og amorfe netværk. Velordnede mikroporøse materialer, såsom zeolitter og metal-organiske rammer, yder væsentligt bedre end disse konventionelle membraner i forskellige separationsprocesser. Imidlertid, de er ikke egnede til udstrakt brug i væskeseparation på grund af deres dårlige strukturelle og kemiske stabilitet i væsker.

Nu, et hold ledet af Zhiping Lai, har udviklet en syntetisk tilgang, der producerer velordnede mikroporøse materialer, der stabiliseres af kovalente keto-enamin-bindinger. Disse bindinger er produceret fra reaktionen mellem amin- og aldehydfunktionelle grupper af organiske forbindelser.

Forskerne fremstillede membranerne ved Langmuir-Blodgett-metoden, som pålideligt producerede store tynde film af veldefineret tykkelse ved hjælp af amfifile aldehyd- og aminprækursorer. De afsatte prækursorblandingsopløsningerne på en vandoverflade for at danne svagt bundne todimensionelle sekskantede strukturer. Når opløsningsmidlet er fordampet, de komprimerede filmene sideværts og tilsatte en organisk syre til blandingen, transformerer de reversible bindinger til kovalente keto-enaminbindinger og forsegler de hexagonale strukturer på plads.

De nye membraner klarede sig bedre end amorfe analoger fremstillet ved hjælp af samme metode og de bedste polymerbaserede systemer. "De deler den samme kemi som polymeranaloger, resulterer i lignende hydrotermisk, kemiske og mekaniske stabiliteter, men deres flux er højere, siger postdoc, Digambar Shinde, avisens første forfatter.

Den organiske opløsningsmiddelpermeabilitet af de nye membraner er næsten en størrelsesorden højere end den for de bedst rapporterede polymermembraner, tilføjer han. Membranerne var mere stabile end metal-organiske rammer og mere omkostningseffektive end uorganiske membraner. De kunne også adskille blandinger af farvestofmolekyler, der adskiller sig i molekylvægte og størrelser.

Holdet arbejder i øjeblikket på at udvide brugen af ​​membranerne til en lang række applikationer. "Porestørrelserne på disse membraner er velegnede til forbehandling af havvandsafsaltning, fødevareforarbejdning, rensning af lægemidler og medicinske processer, såsom hæmodialyse, " siger Shinde. Membranerne kan også være nyttige til at fjerne tungmetaller, vira og bakterier.