ساخت غشا‌های نانویی برای جداسازی ترکیبات آلی

دانشگاه پنسیلوانیا در حال توسعه غشا‌های جدیدی برای جداسازی غشایی با انرژی کارآمد در سطح نانو هستند.

کد خبر: ۱۰۱۱۳۸۹

پنجشنبه - ۲۹ ارديبهشت ۱۴۰۱ / May 19, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به نقل از ستاد توسعه فناوری نانو، فرآیند‌های جداسازی شیمیایی برای کارخانه‌ها ضروری هستند، اما سطوح بالایی از انرژی را نیز مصرف می‌کنند. مهندسان دانشگاه پنسیلوانیا در حال توسعه غشا‌های جدیدی برای جداسازی غشایی با انرژی کارآمد در سطح نانو هستند.

فرآیند‌های جداسازی شیمیایی در ساخت بسیاری از محصولات استفاده می‌شود. چنین فرآیند‌هایی از نظر انرژی پرهزینه هستند و تقریباً ۱۰ تا ۱۵ درصد از مصرف انرژی جهانی را تشکیل می‌دهند. به طور خاص، استفاده از «فرایند‌های جداسازی حرارتی»، مانند تقطیر برای جداسازی هیدروکربن‌های مبتنی بر نفت، عمیقاً در صنایع شیمیایی ریشه‌دار است و ردپای انرژی مرتبط با آن بسیار زیاد است. فرآیند‌های جداسازی مبتنی بر غشا پتانسیل کاهش قابل توجه چنین مصرف انرژی را دارند.

محققان نشان داده‌اند که چگونه روش‌های مورد استفاده برای ایجاد غشا‌های آن‌ها امکان تنظیم دقیق فاصله نانوساختار‌ها در فیلتر حاصل را فراهم می‌کند.

فرآیند‌های فیلتراسیون با غشاء‌هایی که آلاینده‌ها را از هوایی که تنفس می‌کنیم و آبی که می‌نوشیم جدا می‌کند، رایج شده است. با این حال، فناوری‌های غشایی برای جداسازی هیدروکربن و سایر مواد آلی به مراتب کمتر توسعه یافته‌اند.

محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی پنسیلوانیا در حال توسعه غشا‌های جدیدی برای جداسازی آلی با انرژی کارآمد هستند که برای این کار ساختار فیزیکی غشا‌ها در مقیاس نانو دستکاری می‌شوند.

نانوفیلتراسیون با استفاده از غشا‌های خود مونتاژ شونده، یک حوزه تحقیقاتی اصلی برای چیندوم اوسوجی، استاد گروه مهندسی شیمی و بیومولکولی، بوده است. این فناوری در مسابقه سال گذشته Y-Prize شرکت داده شد و برندگان پرونده‌ای را برای استفاده از آن برای تولید نوشیدنی‌های غیرالکی درقالب استارتاپی به نام LiberTech ارائه کردند.

به تازگی چیندوم اوسوجی این غشا را برای فیلتراسیون در محلول‌های آلی مانند اتانول و ایزوپروپیل الکل توسعه داده است و مولکول‌های خود مونتاژشونده آن را نسبت به نانوفیلتراسیون حلال آلی سنتی (OSN) کارآمدتر کرده است.

نتایج این مطالعه که در Science Advances منتشر شده است، توضیح می‌دهد که چگونه می‌توان منافذ یکنواخت این غشا را با تغییر اندازه یا غلظت مولکول‌های خودآرایی که در نهایت ماده را تشکیل می‌دهند، تنظیم کرد. این قابلیت تنظیم اکنون در‌ها را برای استفاده از این فناوری غشایی در حل مشکلات مختلف فیلتراسیون آلی در دنیای واقعی باز می‌کند.