Membranen worden veel gebruikt om stoffen van elkaar te scheiden, bijvoorbeeld bij waterbehandeling of nierdialyse. Membraantechnologie bespaart energie en water, en heeft een kleine CO ₂ voetafdruk. Helaas, grote hoeveelheden giftige oplosmiddelen zijn nodig om de membranen te produceren. Vidi-onderzoeker Wiebe de Vos heeft een groene alternatieve productiemethode ontwikkeld, wat nieuwe toepassingen mogelijk maakt.

Een membraan is een dun, platte vaste stof die werkt als een fijn filter. Bijvoorbeeld, het kan water doorlaten, maar het filtert bacteriën uit. De meest gebruikte productiemethode voor membranen is relatief eenvoudig en maakt het mogelijk om een ​​grote verscheidenheid aan poriegroottes te maken. Helaas, deze methode vereist grote hoeveelheden oplosmiddelen die de menselijke voortplanting schaden en zeer moeilijk te verwijderen zijn uit het afvalwater en het membraan zelf. Echter, het verwijderen van de oplosmiddelen uit het membraan is van vitaal belang voor medische toepassingen.

Aan de Universiteit Twente, Wiebe de Vos, die onlangs is benoemd tot universitair hoofddocent, werkt aan een schoon alternatief dat net zo eenvoudig is. Een bijkomend voordeel van zijn methode is dat er een nog grotere verscheidenheid aan membranen kan worden geproduceerd. "Deze ontwikkeling is te vergelijken met de overgang die we zagen bij verf. Die zat vroeger vol schadelijke oplosmiddelen, maar nu is de meeste verf die je in de bouwmarkt koopt gebaseerd op water. Met onze nieuwe productiemethode, we staan ​​aan de vooravond van een soortgelijke transitie naar een schoner product in membraantechnologie. En het leuke voor fabrikanten is dat ze maar kleine aanpassingen hoeven te doen aan hun huidige apparatuur."

De methode van De Vos heet Aqueous Phase Separation en is gebaseerd op geladen polymeren. "We maken een oplossing van twee verschillende polymeren met een hoge pH-waarde. Onder die omstandigheden een van de twee polymeren is negatief geladen, de ander is nog steeds neutraal. Door een film van deze oplossing onder te dompelen in een zuurbad, het tweede polymeer krijgt een positieve lading. De tegengesteld geladen polymeren trekken elkaar aan en clusteren, het vormen van een nieuw complex materiaal. Dit complex slaat dan neer als een poreuze film:het membraan. De snelheid waarmee de polymeren clusteren bepaalt de uiteindelijke structuur van het membraan. Hoe sneller de clustering, hoe kleiner de gaten. Door parameters zoals de samenstelling en concentratie van de twee polymeren te variëren, of de zuurgraad van de oplossingen, je kunt verschillende soorten membranen maken op basis van je behoeften."

In een recent artikel in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen De Vos en zijn collega's bewijzen dat deze methode leidt tot reproduceerbare membranen waarin de poriegrootte zeer nauwkeurig kan worden gecontroleerd. In aanvulling, ze laten zien dat de resulterende membranen robuust zijn en goed presteren in veelvoorkomende toepassingen zoals drinkwaterfiltratie.

Extra mogelijkheden

"De geladen polymeren die we gebruiken hebben speciale eigenschappen, waarmee membranen kunnen worden gemaakt die verder gaan dan de huidige methode, ", vult De Vos aan. Als voorbeeld hij demonstreerde eerder een membraan dat zeer kleine hoeveelheden medicijnresten uit oppervlaktewater kan verwijderen, terwijl nuttige mineralen onaangeroerd blijven. Dat kan niet met de huidige generatie membranen die zowel de schadelijke als de nuttige stoffen uit het water halen.

De kosten zijn ook handig in gevallen waarin u wat extra functionaliteit aan het membraan wilt toevoegen, zegt De Vos. "Een voorbeeld zijn geladen nanodeeltjes die membraanvervuiling kunnen voorkomen en daarmee de levensduur van het membraan verlengen. We zijn goed op weg om een ​​schat aan nieuwe systemen te creëren, " besluit hij. "Met ons onderzoek, Ik hoop dat we anderen kunnen inspireren om de mogelijkheden van Waterige Fasescheiding ten volle te benutten."