In een wereld die lijkt te verdrinken in plastic flessen, het recyclen van dit afval tot bruikbare materialen zou de impact op het milieu helpen verminderen. KAUST-onderzoekers hebben nu een manier bedacht om plastic flessen om te zetten in poreuze membranen die kunnen worden gebruikt als moleculaire filters in de chemische industrie.

Ongeveer 40 procent van het energieverbruik van de chemische industrie gaat naar het scheiden en zuiveren van chemicaliën in hitte-intensieve processen, zoals distillatie en kristallisatie. Het gebruik van poreuze membranen om moleculen van vloeistoffen te scheiden, zou dat energieverbruik drastisch kunnen verminderen. Maar de meeste conventionele membranen zijn niet robuust genoeg om bestand te zijn tegen het soort oplosmiddelen dat in de industrie wordt gebruikt, en alternatieve keramische membranen zijn vaak erg duur.

Het KAUST-team schakelde in plaats daarvan over op gerecycled poly(ethyleentereftalaat) (PET). "PET is mechanisch en chemisch robuust, waardoor het nuttig is voor filtratie- en zuiveringsprocessen die sterilisatie of reiniging met zuren of bleekmiddel vereisen, " zegt Bruno Pulido, doctoraat student.

in 2016, wereldwijde productie van PET bereikte 50 miljoen ton, goed voor ongeveer 9 procent van de totale plasticproductie. Ongeveer 30 procent van PET wordt gebruikt in de voedingsindustrie, inclusief plastic flessen voor eenmalig gebruik. PET wordt typisch "gedowncycled" tot producten met een lagere waarde, zoals kledingstoffen, dus het omzetten in hoogwaardigere filtratiemembranen zou een sterke economische stimulans kunnen zijn om de recyclingpercentages te verbeteren.

Om hun membranen te maken, de onderzoekers losten het PET op en gebruikten vervolgens een ander oplosmiddel om het PET weer vast te maken, dit keer in de vorm van een membraan in plaats van een fles.

Het team testte een breed scala aan verschillende verwerkingsomstandigheden en oplosmiddelen en gebruikte een additief genaamd poly(ethyleenglycol) (PEG) om poriën in de PET-membranen te helpen vormen. Het veranderen van de concentratie en grootte van de PEG-moleculen hielp om het aantal en de grootte van de poriën in het membraan te beheersen, en zo de filtratie-eigenschappen te verfijnen.

Na het optimaliseren van dit proces, het team mat hoe gemakkelijk vloeistof door de membranen stroomde en hoe goed ze moleculen van verschillende groottes scheiden. De beste membranen hadden poriegroottes die varieerden van 35 tot 100 nanometer breed, met poriën die tot 10 procent van het membraanoppervlak bedekken; ze presteerden ook goed bij 100 graden Celsius.

Pulido zegt dat de membranen kunnen worden gebruikt als ondersteuning voor dunne lagen van andere filtratiematerialen, zoals die gevonden in omgekeerde osmose membranen. "We werken ook aan de ontwikkeling van holle PET-vezels, een type membraan met extra voordelen ten opzichte van platte membranen, " hij voegt toe.