نانوحفره جداسازی مواد در صنعت را ساده‌تر انجام می‌دهند

محققان غشا‌هایی حاوی حفره با ابعاد نانومتری ساختند که می‌تواند دوام بالایی در شرایط سخت صنعتی داشته باشند.

کد خبر: ۱۱۰۲۳۱۰

يکشنبه - ۱۶ مهر ۱۴۰۲ / October 08, 2023

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان غشا‌هایی حاوی حفره با ابعاد نانومتری ساختند که می‌تواند دوام بالایی در شرایط سخت صنعتی داشته باشند.

صنعت مدت‌هاست که به فرآیند‌های انرژی‌بر مانند تقطیر و تبلور متکی است تا مولکول‌ها را از هم جدا کند که در نهایت از آن‌ها به‌عنوان مواد تشکیل‌دهنده محصولات پزشکی و سایر حوزه‌ها استفاده کند.

در دهه‌های اخیر، ایده‌هایی برای انجام این کار با غشا مطرح شده است. غشا‌ها به طور بالقوه یک جایگزین کم هزینه و سازگار با محیط زیست هستند. متأسفانه، بیشتر غشا‌ها از پلیمر‌هایی ساخته شده‌اند که در حین استفاده تخریب می‌شوند و آن‌ها را برای استفاده صنعتی غیر عملی می‌کند.

برای حل این مشکل، یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه بوفالو غشای جدید و محکمی ساخته است که می‌تواند در برابر محیط‌های سخت نظیر درجه حرارت بالا، فشار بالا و حلال‌های شیمیایی پیچیده مقاومت کرده و برای فرآیند‌های جداسازی صنعتی قابل استفاده باشد.

میائو یو از محققان این پروژه می‌گوید: «فرآیند‌های جدا کردن مولکول‌ها، چه برای شیرین کردن آب یا تولید دارو یا کود انرژی زیادی مصرف می‌کنند.»

وی می‌افزاید: «آنچه ما توسعه داده‌ایم، روشی برای ساختن غشا‌های بدون نقص است که دارای نانوحفره‌های سفت و سختی هستند که می‌توانند دقیقاً کنترل شوند تا بتوانند مولکول‌های با اندازه متفاوت را عبور دهند.»

برای ایجاد غشا، این تیم تحقیقاتی از دو روش ساخت مختلف استفاده کرد. اولین روش لایه‌نشانی مولکولی است که شامل لایه‌بندی فیلم‌های نازک از مواد است و بیشتر اوقات برای تولید نیمه‌هادی‌ها استفاده می‌شود. روش دوم پلیمریزاسیون بین سطحی است که روشی برای ترکیب مواد شیمیایی مختلف بوده که معمولاً برای ایجاد سلول‌های سوختی، حسگر‌های شیمیایی و سایر قطعات الکترونیک استفاده می‌شود.

در آزمایشات، محققان دو واکنش‌دهنده ارزان، یعنی اتیلن گلیکول مایع و تتراکلرید تیتانیوم گازی را روی یک پشتیبانی از جنس آلومینیوم وارد کردند که در عرض چند دقیقه، واکنش منجر به تولید یک فیلم نازک شد.

برای ایجاد این نانوذرات، آن‌ها گرما به این فیلم اعمال کردند. گرما کربن را می‌سوزاند و باعث ایجاد سوراخ‌های ریز و میکروسکوپی برای عبور مولکول‌ها می‌شود. اندازه نانوحفره‌ها می‌تواند در هر نقطه از ۰٫۶ تا ۱٫۲ نانومتر باشد.

این غشای جدید می‌تواند در برابر دمایی تا ۲۸۴ درجه فارنهایت (۱۴۰ درجه سانتی‌گراد) مقاومت کند و در هنگام قرار گرفتن در معرض حلال‌های آلی، تا ۳۰ اتمسفر فشار را تحمل کند. این ویژگی‌ها مهم هستند، زیرا به آن‌ها اجازه می‌دهند مولکول‌ها را در دما‌های بالا جدا کنند.