Drinkbaar water halen uit zeewater, het behandelen van afvalwater en het uitvoeren van nierdialyse zijn slechts enkele belangrijke processen die gebruikmaken van een technologie die membraanfiltratie wordt genoemd.

De sleutel tot het proces is het membraanfilter - een dun, semi-poreuze film die bepaalde stoffen zoals water doorlaat en andere, ongewenste stoffen. Maar in de afgelopen 30 jaar er zijn geen significante verbeteringen geweest in de materialen die de belangrijkste lagen vormen van commercieel geproduceerde membraanfilters.

Nutsvoorzieningen, UCLA-onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld die dunnefilm-lancering wordt genoemd, of T-FLO, voor het maken van membraanfilters. De aanpak zou fabrikanten een manier kunnen bieden om effectievere en energie-efficiëntere membranen te produceren met behulp van hoogwaardige kunststoffen, metaal-organische raamwerken en koolstofmaterialen. Daten, beperkingen in de manier waarop filters worden gefabriceerd, hebben verhinderd dat deze materialen levensvatbaar zijn in industriële productie.

Een studie die het werk beschrijft, is gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

"Er zijn veel materialen die in het lab mooie scheidingen kunnen maken, maar ze zijn niet schaalbaar, " zei Richard Kaner, UCLA's Dr. Myung Ki Hong hoogleraar materiaalinnovatie en senior auteur van de studie. "Met deze techniek we kunnen deze materialen nemen, dunne films maken die schaalbaar zijn, en maak ze nuttig."

Naast hun potentieel voor het verbeteren van soorten filtratie die worden uitgevoerd met behulp van de huidige technologie, membranen geproduceerd met T-FLO kunnen een reeks nieuwe vormen van filtratie mogelijk maken, zei Kaner, die ook een vooraanstaand hoogleraar scheikunde en biochemie is, en van materiaalkunde en techniek, en lid van het California NanoSystems Institute aan de UCLA. Bijvoorbeeld, de techniek zou het op een dag mogelijk kunnen maken om koolstofdioxide uit industriële emissies te halen - waardoor de koolstof kan worden omgezet in brandstof of andere toepassingen en tegelijkertijd de vervuiling wordt verminderd.

Filters zoals die worden gebruikt voor ontzilting worden asymmetrische membranen genoemd vanwege hun twee lagen:een dunne maar dichte "actieve" laag die deeltjes groter dan een specifieke grootte afstoot, en een poreuze "ondersteunende" laag die het membraan structuur geeft en ervoor zorgt dat het bestand is tegen de hoge drukken die worden gebruikt bij omgekeerde osmose en andere filterprocessen. Het eerste asymmetrische membraan voor ontzilting werd in de jaren zestig bedacht door UCLA-ingenieurs.

De asymmetrische membranen van tegenwoordig worden gemaakt door de actieve laag op de steunlaag te gieten, of beide gelijktijdig casten. Maar om een ​​actieve laag te maken met meer geavanceerde materialen, ingenieurs moeten oplosmiddelen of hoge temperaturen gebruiken - die beide de steunlaag beschadigen of voorkomen dat de actieve laag hecht.

In de T-FLO-techniek, de actieve laag wordt als een vloeistof op een glas- of metaalplaat gegoten en uitgehard om de actieve laag vast te maken. Volgende, een steunlaag gemaakt van epoxy versterkt met weefsel wordt toegevoegd en het membraan wordt verwarmd om de epoxy te laten stollen.

Het gebruik van epoxy in de steunlaag is de innovatie die de T-FLO-techniek onderscheidt:het zorgt ervoor dat eerst de actieve laag wordt gemaakt, zodat deze kan worden behandeld met chemicaliën of hoge temperaturen zonder de steunlaag te beschadigen.

Het membraan wordt vervolgens ondergedompeld in water om de chemicaliën die poriën in de epoxy veroorzaken uit te wassen en om het membraan los te maken van het glas of de metalen plaat.

Eindelijk, het membraan wordt met een mes van de plaat afgepeld - de "liftoff" waaraan de methode zijn naam ontleent.

"Onderzoekers over de hele wereld hebben veel nieuwe opwindende materialen aangetoond die zouten kunnen scheiden, gassen en organische materialen effectiever dan industrieel wordt gedaan, " zei Brian McVerry, een UCLA-postdoctoraal wetenschapper die het T-FLO-proces heeft uitgevonden en de co-eerste auteur van de studie is. "Echter, deze materialen worden vaak gemaakt in relatief dikke films die de scheidingen te langzaam uitvoeren of in kleine monsters die industrieel moeilijk te schalen zijn.

"We hebben een platform gedemonstreerd waarvan we denken dat het onderzoekers in staat zal stellen hun nieuwe materialen te gebruiken in een grote, dun, asymmetrische membraanconfiguratie, testbaar in real-world toepassingen."

De onderzoekers testten een membraan geproduceerd met T-FLO voor het verwijderen van zout uit water, en het was veelbelovend voor het oplossen van een van de veelvoorkomende problemen bij ontzilting, dat wil zeggen dat microben en ander organisch materiaal de membranen kunnen verstoppen. Hoewel het toevoegen van chloor aan het water de microben kan doden, de chemische stof zorgt er ook voor dat de meeste membranen kapot gaan. In de studie, het T-FLO-membraan verwierp zowel het zout als het chloor weerstaan.

Bij andere experimenten het nieuwe membraan was ook in staat om organische materialen uit oplosmiddelafval te verwijderen en broeikasgassen te scheiden.