Een nieuw membraan gemaakt van water-natte materialen heeft speciaal ontworpen gasvangende poriën waardoor het tegelijkertijd hete, zout van koel, zuiver water terwijl de overdracht van zuivere damp van de ene naar de andere kant wordt vergemakkelijkt. Dit principe, ontworpen door KAUST-onderzoekers, kan leiden tot groener, goedkopere ontziltingsmembranen.

Momenteel, superwaterafstotende perfluorkoolstofmembranen worden in de volksmond gebruikt voor een ontziltingsproces dat bekend staat als membraandestillatie (MD). Maar perfluorkoolstoffen zijn duur, niet biologisch afbreekbaar en kwetsbaar voor vervuiling en schade bij hogere temperaturen, legt KAUST postdoctoraal onderzoeker Ratul Das uit.

Met het doel om perfluorkoolstofvrije alternatieven te ontwikkelen, Himanshu Mishra en zijn team van onderzoekers van KAUST's Water Desalination and Reuse Centre lieten zich inspireren door twee insecten:springstaarten die in natte bodems leven en zeeschaatsers die in open oceanen leven. Beide hebben paddestoelvormige microtexturen die hun nagelriemen en haren bedekken en die spontaan levensonderhoudende lucht kunnen insluiten als de insecten in water worden ondergedompeld. "We hebben die kenmerken nagebootst op water-natte (niet-waterbestendige) materialen. De resulterende oppervlakken houden lucht stevig vast bij onderdompeling in vloeistoffen. Het idee van gasvangende membranen was geboren, ' zegt Misra.

Mishra's team ontwikkelde protocollen voor het creëren van verticale poriën in dunne platen. De diameters van de porie-inlaten en -uitgangen waren abrupt kleiner dan de poriekanalen. "We begonnen met te spelen met dunne plakken silicium om poriën te ontwikkelen met deze inspringende randen, " zegt Mishra. "Deze randen voorkomen dat vloeistoffen de poriën binnendringen, " legt hij uit. "We waren in staat om de functie van geperfluoreerde membranen te bereiken door deze bio-geïnspireerde textuur te gebruiken met water-natte materialen, die de conventionele wijsheid lijkt te tarten." Wanneer een siliciummembraan met eenvoudige cilindrische poriën in water wordt ondergedompeld, het is binnen 1 seconde volledig gevuld. Silica gasvangende membranen (GEM's), anderzijds, lucht stevig vasthouden in hun poriën wanneer ze worden ondergedompeld in water, en kan meer dan zes weken intact blijven.

Het team onderzocht vervolgens hetzelfde principe toe te passen op een goedkopere, gemakkelijk te vervaardigen water-nat materiaal genaamd poly-methylmethacrylaat (PMMA), legt Sankara Arunachalam uit, een onderzoekstechnicus in het team van Mishra. "PMMA-GEM's scheidden stromen van hete, zoutvoer uit koud water voor meer dan 90 uur met een zoutafstoting van 100 procent, " hij zegt.

"Voor zover we weten, dit is de allereerste demonstratie van MD-membranen die zijn afgeleid van intrinsiek bevochtigende materialen, ", zegt Mishra. "De voordelen liggen voor de hand:gewone water-natte kunststoffen, zoals PMMA, zijn aanzienlijk goedkoper dan geperfluoreerde, zijn milieuvriendelijk, en is bestand tegen zwaardere bedrijfsomstandigheden. Interdisciplinair onderzoek is nodig om de schaalbaarheid en betrouwbaarheid van deze aanpak te beoordelen."

De bevindingen kunnen het potentieel van veelvoorkomende water-natte materialen ontsluiten voor groenere, goedkopere ontzilting.