Les membranes polymères à tamisage ionique peuvent fonctionner avec une précision exquise en obtenant un contrôle sans précédent sur la taille des pores et l'uniformité dans les membranes, Les chercheurs de la KAUST l'ont montré.

Le système nerveux biologique fonctionne par transport sélectif de particules chargées électriquement appelées ions à travers les membranes cellulaires. Si les membranes fabriquées pouvaient atteindre une sélectivité ionique similaire, il pourrait transformer de nombreuses technologies, y compris la purification de l'eau, l'extraction minière et le stockage de l'énergie.

« Atteindre une séparation précise des ions au niveau inférieur au nanomètre par des membranes polymères est très difficile », explique l'ingénieur chimiste Zhiping Lai.

Les ions se forment lorsque des atomes ou des molécules perdent ou gagnent des électrons, gagnant ainsi une charge électrique positive ou négative. Ceux dérivés d'atomes simples, comme le sodium (Na ⁺ ), lithium (Li ⁺ ) ou chlorure (Cl ^- ) ions, sont inférieures à 1 nanomètre (10 ^-9 mètres) à travers. Les chercheurs ont utilisé les tailles connues d'ions pour mener des études de simulation, qui a aidé à identifier des monomères appropriés qui pourraient agir comme les unités moléculaires nécessaires pour se lier à une structure membranaire de polymère microporeux conjugué (CMP).

Ils ont ensuite utilisé un processus appelé électropolymérisation pour fabriquer leurs membranes polymères. Ce processus utilise un courant électrique cyclique pour contrôler la structure précise qui se forme lorsque le 1, 3, Les molécules de monomère 5-tris(N-carbazolyl)benzène se lient entre elles.

« Il était difficile de déterminer la taille des pores et le niveau de porosité résultants en raison de la structure asymétrique de la membrane, " dit Lai, ajouter, "Pour surmonter ce problème, nous avons dû faire des centaines d'échantillons."

La taille et la nature minuscules des pores ont empêché leur analyse d'utiliser de nombreuses méthodes de détermination structurelle courantes, mais une solution a été trouvée dans la physisorption des gaz, qui étudie l'interaction d'un matériau avec des gaz.

Dans les tests utilisant des solutions contenant une gamme d'ions, les membranes se sont avérées avoir une performance de tamisage ionique sélective supérieure à presque toutes les autres membranes rapportées.

"Cela démontre que nos membranes polymères innovantes ont un grand potentiel dans de nombreux processus de séparation d'ions liés à l'énergie et à l'environnement, ", explique Zongyao Zhou. Retirer les ions de l'eau de mer pour produire de l'eau potable est une possibilité évidente. Les batteries rechargeables et autres systèmes de stockage d'énergie dépendent également du contrôle du mouvement des ions.

Zhou dit que le prochain objectif de l'équipe est d'explorer le potentiel des membranes à utiliser dans une variété de capteurs chimiques innovants. De nombreux produits chimiques d'intérêt environnemental ou médical sont constitués d'ions. Les membranes qui permettent sélectivement aux ions d'intérêt de traverser les membranes pourraient être utilisées dans une nouvelle génération de technologie de capteurs plus précise et plus flexible.