Kører vand ned ad nanomotorveje

Fjernelse af vanddamp fra luft og andre gasblandinger, som er afgørende for mange industrielle processer og aircondition, kunne blive billigere og mere effektiv gennem polymermembranteknologi, der nu er udviklet hos KAUST.

"Vi har lavet en polymerfilm med ekstrem høj permeabilitet for vanddamp, samtidig med at den udgør en effektiv barriere for andre gasser, " forklarer Faheem Akhtar, en KAUST Ph.D. studerende.

Forskerne fandt en måde at skabe små nanokanaler i membranstrukturen, som de beskriver som motorveje for vandmolekyler. Kanalerne tiltrækker vand og leder det væk til udvinding, efterlader tørre gasser. "Vandtransporten er ekstremt hurtig, " tilføjer Akhtar. Membranerne er sammensat af en kommerciel polymer kaldet NexarTM. Dette er en blokcopolymer, der samles, når korte blokke af en gentagende molekylenhed bliver sekventielt forbundet med korte blokke af en anden type enhed. Den kemiske struktur af blokkene styrer interaktion med vanddamp og andre gasser.

Den vigtigste innovation, imidlertid, var opdagelsen af, at den fine struktur af ujævnheder og kamme i membranerne kan styres ved at variere de forhold, hvor polymeren selv samler sig. Ændring af de opløsningsmidler, der anvendes under polymerdannelsen, genererer membraner med en række ordnede eller uordnede kanaler (se billeder).

"At få den rigtige polymermorfologi var meget udfordrende og interessant, " siger teamleder Klaus-Viktor Peinemann. Han forklarer, at polymeren indeholder vandvenlige og vandafvisende sektioner. Ved fremstilling med passende opløsningsmidler, de vandvenlige sektioner orienterer sig som perler på en snor, danner motorvejene til vandtransport.

"Det tog os lang tid at finde de rigtige betingelser, " påpeger Akhtar. For at lykkes, teoretisk forståelse af den kemiske vekselvirkning mellem de valgte opløsningsmidler og polymeren blev kombineret med en del trial and error. Gennem videnskab og udholdenhed, forskerne identificerede til sidst en procedure til at lave ordnede strukturer, der giver en seks gange stigning i vandpermeabilitet sammenlignet med uordnede membraner.

Efter at have demonstreret membranteknologiens grundlæggende potentiale, teamet planlægger nu at opskalere fremstillingsprocessen og teste den i realistiske industrielle applikationer. De kommercielle muligheder er betydelige. Mere effektive affugtningsmetoder kan drastisk reducere energiforbruget ved en energikrævende procedure.