Een internationaal onderzoeksteam met ingenieurs van Vanderbilt is de eerste die met succes twee ionen scheidt met zeer, zeer kleine maatverschillen, een belangrijke vooruitgang in de scheidingswetenschap met een wijdverbreide potentiële toepassing.

Het proces is de eerste om scheiding van opgeloste stof en opgeloste stof te bereiken met sub-Angstrom-precisie. Een Angstrom is een honderdmiljoenste van een centimeter, of een tiende van een nanometer. Voor een gevoel van schaal, het verschil tussen een enkele Angstrom en een meter is ongeveer gelijk aan het verschil tussen de breedte van een creditcard en de straal van de aarde.

Het werk is het resultaat van een uitgebreide internationale samenwerking tussen Vanderbilt, het Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics van de Chinese Academie van Wetenschappen, Yale University en verschillende andere instellingen. De vooruitgang wordt vandaag online gerapporteerd in Natuurcommunicatie .

De eerste auteur van het artikel, Yuanzhe Liang, is een Ph.D. student in het Interdisciplinaire Material Science-programma van de School of Engineering. Shihong Lin, assistent-professor civiele en milieutechniek, is Liang's adviseur en een van de drie corresponderende auteurs van het project.

Wat het werk ook belangrijk maakt, is het gebruik van nanofabricage voor de scheiding van opgeloste stof en opgeloste stof. Nanofiltratie is zeer efficiënt, relatief volwassen, en wordt in de praktijk veel gebruikt. Maar in de meeste gevallen, het wordt gebruikt om ionen en kleine moleculen van het oplosmiddel te scheiden, elkaar niet.

De sleutel tot het bereiken van scheiding van opgeloste stof, de auteurs ontdekten, is om membranen te gebruiken met een zeer uniforme poriegrootte, zodat ze opgeloste stoffen afstoten die groter zijn dan de poriën, maar niet alleen iets kleiner. Maar er geraken is niet triviaal.

De huidige ultramoderne commerciële nanofiltratiemembranen worden vervaardigd met behulp van grensvlakpolymerisatie, waarin twee chemische voorlopers, één in de waterfase en de andere in de oliefase, Reageer. De reactie creëert een dunne film van polymeer op het water/olie-grensvlak die fungeert als de actieve scheidingslaag. Deze laag heeft poriën op angstromschaal, maar het complexe proces gebeurt binnen enkele seconden en maakt het verkrijgen kleiner, uniforme poriën erg uitdagend.

De nieuwe methode van het team maakt gebruik van een dynamische, zelf-geassembleerd netwerk van oppervlakteactieve stoffen om snellere en meer homogene diffusie van specifieke moleculen te vergemakkelijken, of monomeren, over de water/olie-interface, wanneer de monomeren met elkaar binden om een ​​polymeer te vormen. De sleutel tot "oppervlakteactieve assemblage gereguleerde grensvlakpolymerisatie, " of SARIP, zoals dat heet, is in het toevoegen van de juiste soorten oppervlakteactieve stoffen om de vorming van een sterk georganiseerd netwerk van zeer smalle en zeer uniforme poriegrootte op het water/olie-grensvlak te bevorderen.

Het team evalueerde welke soorten oppervlakteactieve stoffen het beste werken en toonde aan dat de aanpak ook werkt met andere paren oppervlakteactieve stoffen, of voorlopers.

nanofiltratie, die efficiënter is en minder energie verbruikt dan andere technologieën, zoals elektrochemische en thermische scheidingen, wordt al veel gebruikt, het creëren van enorme kansen in vele sectoren voor de ontdekking van het team.

"Nauwkeurige scheiding van ionen en kleine moleculen met behulp van membranen zal transformerende effecten hebben op energie, water, chemisch, en farmaceutische industrieën, " zeiden de auteurs.