Kaum an der Oberfläche kratzen: Ein neuer Weg, um stabile Membranen

Kaum an der Oberfläche kratzen: Ein neuer Weg, um stabile Membranen

Argonne-Forscher haben gezeigt, eine neue Technik, mit Lebensfähigkeit für die Membranen.

Ob Leitungswasser oder eine Tasse Kaffee, fast alles, das wir trinken, geht durch eine Art filter. Die Fähigkeit zu transformieren Flüssigkeiten auf diese Weise ist unerlässlich, um das tägliche Leben, aber es oft Reste, die auf den relativ zarten Schleimhäute, die schnell verstopfen oder sich verschlechtern.

Wissenschaftler des US Department of Energy ‚ s (DOE) Argonne National Laboratory entwerfen Wege zur Behandlung von Membranen, so dass Sie können filter Flüssigkeiten besser und widerstehen Sie dem Abbau von industriellen Verarbeitung von Chemikalien und biofoulants. Argonne patentierte sequentielle infiltration Synthese (SIS) Verfahren kann sich grundlegend ändern, eine Membran aus, so dass für viel größere Kontrolle über seine Chemische Zusammensetzung und Porengröße.

SIS hat gezeigt, Versprechen für die Halbleiter-Herstellung, optische Beschichtungen und Schwämme reinigen ölverschmutzungen. Jetzt, zum ersten mal, Argonne-Forscher haben gezeigt, die Technik der Tragfähigkeit für Membranen.

Zunächst konzipiert im Jahr 2010 durch die Argonne-Forscher, SIS, das ist ein cousin von atomic layer deposition oder ALD). Beide Techniken verwenden, Chemische Dämpfe, ändern Sie die Schnittstelle des Materials, wie einer Membran.

„Aber es gibt einen wichtigen Nachteil der ALD für diese Anwendung“, sagte Seth Darling, Direktor des Instituts für Molekulare Engineering an der Argonne und die Fortschrittliche Materialien für die Energie-Wasser-Systeme Energy Frontier Research Center. „Wie Ihr Fell Poren in einer Membran mit einer Technik, wie ALD bist du eng.“

Das ist, weil die ALD Grunde fügt Schichten auf der Oberseite der Membran, die langsam sinkt der Porendurchmesser — viel die Weise, die Sie einschränken würde, den Luftstrom durch einen Abzug in der Wand, wenn Sie gehalten überstreichen. SIS, auf der anderen Seite wächst das material im inneren der Membran-Struktur selbst, verändert seine Chemie ohne signifikante Auswirkungen auf die porenform.

„SIS erreichen können, viele der Dinge, die ALD erreichen können, in Bezug auf engineering die Schnittstelle,“ Darling sagte, „aber mit minimalen Verengung der pore.“

Fast alle kommerziellen Membranen bestehen aus Polymeren — große Moleküle sich aus wiederholenden Ketten von kleineren Molekülen. SIS nutzt den Raum zwischen den Molekülen, Sie dringen in die Oberfläche der Membran und diffundiert in die mit einem anorganischen material. In Ihrem proof-of-concept, Darling und Kollegen der SIS zur Anlage der „Samen“ für Aluminiumoxid und wuchs es innerhalb von Polyethersulfon (PES), ultrafiltration (UF) Membranen, wodurch Sie widerstandsfähiger werden-ohne Abstriche bei Filterleistung. Die Ergebnisse wurden online veröffentlicht am 24. September im JOM, dem journal der Mineralien, Metalle und Materialien Society.

Der SIS-Technik ermöglicht eine Reihe von Verbesserungen Membranen: die Fähigkeit, zu verhindern, dass foulants an der Oberfläche anhaften, zum Beispiel, oder Widerstand zu den Lösungsmitteln, die möglicherweise benötigt werden, in einer industriellen Einrichtung, aber würden sich auflösen herkömmlichen Membran-Materialien.

Die Fähigkeit, Ingenieur-Membranen auf diese Weise helfen können, senken Sie die Kosten bei der Wasseraufbereitung oder in der chemischen und pharmazeutischen Industrie durch eine Verringerung der Ausfallzeiten und die Kosten für den Austausch ausgegeben Membranen.

Darling und Mitarbeiter genutzt SIS zu erstellen Oleo Schwamm, erfasst, die das öl vom Wasser. In diesem Fall, ein Metall-OXID gewachsen in den Schwamm ist die Oberfläche dient als Pfropfen Website für die fettliebenden Molekülen.

„Sie können sich vorstellen, eine ähnliche Strategie mit Membranen“, sagte er, „Wo Sie graft auf Moleküle zu verleihen, die einige der Selektivität oder andere Eigenschaften dass Sie suchen für.“