La membrane séparait efficacement un mélange de deux colorants (bleu) en ses composants, devenant jaune d'eau douce. Crédit :La société chimique américaine
Des matériaux organiques covalents avec des microstructures poreuses bien ordonnées pourraient fournir les membranes nécessaires à la technologie pour répondre à des contrôles environnementaux de plus en plus stricts et être rentables à produire.
Les chercheurs de KAUST ont généré des membranes cristallines, constitué de blocs de construction organiques maintenus ensemble par des liaisons covalentes, qui permettent la purification et la récupération des solvants organiques avec une sélectivité élevée et un flux élevé. Les membranes ont également un potentiel pour des procédés innovants dans l'industrie chimique.
La nanofiltration de solvant organique implique généralement des membranes à base de polymère qui présentent de minuscules pores mais forment des réseaux denses et amorphes. Matériaux microporeux bien ordonnés, tels que les zéolithes et les charpentes organométalliques, fonctionnent nettement mieux que ces membranes conventionnelles dans divers procédés de séparation. Cependant, ils ne conviennent pas à une utilisation intensive dans la séparation de liquides en raison de leur faible stabilité structurelle et chimique dans les liquides.
Maintenant, une équipe dirigée par Zhiping Lai, a développé une approche synthétique qui produit des matériaux microporeux bien ordonnés qui sont stabilisés par des liaisons covalentes céto-énamine. Ces liaisons sont produites à partir de la réaction entre les groupes fonctionnels amine et aldéhyde de composés organiques.
Les chercheurs ont synthétisé à haut flux, membranes de nanofiltration de solvant à haute sélectivité (jaune, à gauche) d'un covalent, biologique, matériau poreux (à droite). Crédit :La société chimique américaine
Les chercheurs ont fabriqué les membranes par la méthode Langmuir-Blodgett, qui a produit de manière fiable des films minces de grande surface d'épaisseur bien définie en utilisant des précurseurs d'aldéhydes et d'amines amphiphiles. Ils ont déposé les solutions de mélange de précurseurs sur une surface d'eau pour former des structures hexagonales bidimensionnelles faiblement liées. Une fois le solvant évaporé, ils ont comprimé les films latéralement et ajouté un acide organique au mélange, transformer les liaisons réversibles en liaisons covalentes céto-énamine et sceller les structures hexagonales en place.
Les nouvelles membranes ont surpassé les analogues amorphes fabriqués en utilisant la même méthode et les meilleurs systèmes à base de polymères. "Ils partagent la même chimie que les analogues polymères, résultant en une hydrothermie similaire, stabilités chimique et mécanique, mais leurs flux sont plus élevés, " dit le stagiaire postdoctoral, Digambar Shinde, premier auteur de l'article.
Au cours du processus Langmuir-Blodgett (à gauche), les molécules d'amine et d'aldéhyde ont progressivement formé un réseau bidimensionnel étendu à l'interface air-eau (au milieu). Le réseau se composait de molécules d'amine et d'aldéhyde appariées dans des structures hexagonales (à droite). Crédit :Digambar Shinde
La perméabilité aux solvants organiques des nouvelles membranes est presque d'un ordre de grandeur plus élevée que celle des membranes polymères les mieux rapportées, ajoute-t-il. Les membranes étaient plus stables que les armatures métallo-organiques et plus rentables que les membranes inorganiques. Ils pourraient également séparer des mélanges de molécules de colorant ayant des poids moléculaires et des tailles différents.
L'équipe travaille actuellement à étendre l'utilisation des membranes à une multitude d'applications. « Les tailles de pores de ces membranes sont adaptées au prétraitement de dessalement d'eau de mer, préparation des aliments, purification de procédés pharmaceutiques et médicaux, comme l'hémodialyse, " dit Shinde. Les membranes peuvent également être utiles pour éliminer les métaux lourds, virus et bactéries.
