Poros muito pequenos fazem uma grande diferença na tecnologia de filtragem


Poros muito pequenos fazem uma grande diferença na tecnologia de filtragem

Crédito: ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.3c07489

As membranas nanoporosas demonstraram ser ferramentas valiosas para filtrar impurezas da água e inúmeras outras aplicações. No entanto, ainda há muito trabalho a ser feito para aperfeiçoar seus designs. Recentemente, o laboratório do Prof. Amir Haji-Akbari demonstrou que exatamente onde os furos nanométricos são colocados na membrana pode fazer uma grande diferença. Os resultados são publicados em ACS Nano.

Nos últimos anos, membranas nanoporosas feitas de grafeno, polímeros, silício e outros materiais têm sido utilizadas com sucesso para separação de gases, dessalinização de água, filtração de vírus, geração de energia, armazenamento de gás e distribuição de medicamentos. No entanto, criar membranas que permitem a passagem de todas as moléculas certas e, ao mesmo tempo, manter as indesejadas do lado de fora tem se mostrado complicado.

Para dessalinizar água, por exemplo, é crucial que a membrana tenha uma alta permeabilidade à água, ao mesmo tempo que bloqueia suficientemente pequenos solutos iônicos e moleculares e outras impurezas. Mas os investigadores descobriram que aumentar a permeabilidade de uma membrana muitas vezes compromete a sua seletividade e vice-versa.

Uma abordagem promissora é otimizar a química e a geometria dos nanoporos isolados para alcançar a permeabilidade e seletividade desejadas, e colocar o maior número possível desses poros dentro de uma membrana nanoporosa. Exatamente como os poros vizinhos afetam uns aos outros, porém, não está claro.

Em nanoescala, as moléculas que interagem com as paredes dos poros podem exibir comportamentos que desafiam as teorias convencionais. O laboratório Haji-Akbari explorou se seria possível projetar sistemas de membrana inovadores com maior precisão e eficiência, ajustando os nanoporos.

Com simulações de computador, a equipe de pesquisa de Haji-Akbari descobriu que a proximidade em nanoescala entre os poros pode afetar negativamente a permeabilidade à água e a rejeição de sal. Especificamente, eles criaram simulações de membranas com padrões variados de colocação de poros, incluindo uma rede hexagonal e uma rede em favo de mel. O que descobriram foi que o padrão hexagonal, que permitia maior distância entre os poros, tinha um desempenho de permeabilidade/seletividade maior do que a membrana com padrão de favo de mel.

Esses efeitos divergem das teorias estabelecidas, disse Haji-Akbari.

“Esta suposição de que a resistência dos poros é independente da proximidade dos poros não é correta”, disse Haji-Akbari, professor assistente de engenharia química e ambiental. “Claramente, depende da proximidade.”

Suas descobertas mostram como esses efeitos aceleram os movimentos de certos íons através das membranas, enquanto causam a desaceleração de outros íons. Além disso, pode informar melhores projetos de membranas nanoporosas para processos de separação aprimorados, como dessalinização de água e outras aplicações.

Mais Informações:
Brian A. Shoemaker et al, Correlations in Charged Multipore Systems: Implications for Enhancing Selectivity and Permeability in Nanoporous Membranes, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.3c07489

Fornecido pela Universidade de Yale

Citação: Poros muito pequenos fazem uma grande diferença na tecnologia de filtragem (2024, 7 de fevereiro) recuperado em 7 de fevereiro de 2024 em https://phys.org/news/2024-02-small-pores-big-difference-filtering.html

Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação justa para fins de estudo ou pesquisa privada, nenhuma parte pode ser reproduzida sem permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins informativos.



Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *