Νέα τεχνολογία μεμβρανών που προσφέρει ταχύτερη και ακριβέστερη διαχωριστική ικανότητα μορίων μπορεί να βελτιώσει την αποδοτικότητα και τη βιωσιμότητα ενεργοβόρων βιομηχανικών διεργασιών, από τον καθαρισμό χημικών και την ανάκτηση πολύτιμων πόρων μέχρι την παραγωγή βιώσιμων καυσίμων.
Ερευνητές χημικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ ανέπτυξαν τεχνολογία που επιτρέπει στα μόρια να κινούνται αποτελεσματικά μέσα από μεμβράνες χωρίς να επηρεάζεται η απόδοση διαχωρισμού, με τα ευρήματα να δημοσιεύονται στο επιστημονικό περιοδικό Science.
Xiwang Zhang: Η ισορροπία μεταξύ ταχύτητας και ακρίβειας
Ο καθηγητής Χημικής Μηχανικής Xiwang Zhang, διευθυντής του Κέντρου Dow Sustainable Engineering Innovation του UQ, τόνισε ότι η νέα εξέλιξη αντιμετωπίζει μια μακροχρόνια πρόκληση στην τεχνολογία μεμβρανών.
Η υπέρβαση της παραδοσιακής δυσκολίας μεταξύ της ταχύτητας μεταφοράς των μορίων και της ακρίβειας διαχωρισμού αποτελούσε εδώ και χρόνια ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην επιστήμη των μεμβρανών, καθώς οι βιομηχανίες χρειάζονται συστήματα που επεξεργάζονται μεγάλους όγκους υλικών γρήγορα διατηρώντας παράλληλα την απαιτούμενη εκλεκτικότητα.
Περιστρεφόμενα ιόντα για ταχύτερη ροή μορίων
Για την επίλυση του προβλήματος, η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε σε μικροσκοπικά καννάμια πλάτους λιγότερο από ένα νανόμετρο στο εσωτερικό της μεμβράνης. Εισάγοντας αυτοπεριστρεφόμενα ιόντα αμμωνίου σε αυτά τα νανοκαναλιούχα συστήματα, οι επιστήμονες κατάφεραν να μετατρέψουν ένα άλλοτε άκαμπτο περιβάλλον σε δυναμικό χώρο μεταφοράς, ο οποίος προάγει την αποδοτική μεταφορά ενέργειας και μειώνει τα εμπόδια τριβής.
Η κίνηση αυτή λειτουργεί σαν περιστρεφόμενη πύλη που ρυθμίζει με ακρίβεια την κυκλοφορία των μορίων, συνδυάζοντας την υψηλή ταχύτητα με την εκλεκτικότητα.
Δεκαπλάσια βελτίωση στην ακρίβεια διαχωρισμού
Σε πειράματα διαχωρισμού αιθανόλης και νερού, οι ερευνητές απέδειξαν δεκαπλάσια βελτίωση στην ακρίβεια διαχωρισμού σε σύγκριση με μια τυπική μεμβράνη διήθησης. Η νέα μεμβράνη αύξησε τη μεταφορά νερού κατά περίπου 44% και μείωσε την παρουσία αιθανόλης κατά 90%.
Τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν την πρακτική εφαρμογή της τεχνολογίας σε ενεργειακά αποδοτικούς βιομηχανικούς διαχωρισμούς, την αξιοποίηση του διοξειδίου του άνθρακα και την προστασία του περιβάλλοντος.
