05.03.2020 - Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH

Una nueva membrana separa las pequeñas moléculas orgánicas

La carga eléctrica es lo que marca la diferencia

Una nueva membrana desarrollada en el Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) separa pequeñas partículas de colorante o sustancias de drogas no sólo por su tamaño sino también por su carga eléctrica. Esta función adicional permite que las moléculas orgánicas con dimensiones laterales de uno o dos nanómetros se separen de manera tan eficiente por primera vez. La investigadora de polímeros de HZG, Zhenzhen Zhang, ha presentado ahora sus resultados en la revista Advanced Materials.

"Azul clásico" es el color de moda del año 2020. La industria textil hace tiempo que ha ajustado sus líneas de teñido en consecuencia. Para evitar que los residuos del tinte terminen en las aguas residuales, la tecnología de membranas ofrece una forma ecológica de eliminar las sustancias nocivas de forma segura. Zhenzhen Zhang, estudiante de doctorado en el Instituto de Investigación de Polímeros de HZG, ha desarrollado una nueva membrana polimérica muy prometedora para el tratamiento de aguas residuales textiles: la llamada membrana de terpolímero triblock que separa las moléculas orgánicas de las soluciones acuosas en función de su carga eléctrica.

"En mis experimentos con moléculas orgánicas de carga diferente pero de tamaño comparable pude demostrar que la membrana separa de manera fiable y muy específica las moléculas de colorante y otras moléculas orgánicas, como las de las drogas", explica el estudiante de doctorado Zhenzhen Zhang.

El alto nivel de selectividad de estas moléculas tan diminutas también hace que su nueva membrana sea interesante para la industria farmacéutica: la extracción y purificación de las moléculas orgánicas es una tarea muy exigente debido al pequeño tamaño de las moléculas. La aparición de una nueva y fiable membrana significa que los costes del proceso de purificación podrían reducirse aquí.

Proceso especial en la producción de la membrana: SNIPS

Las nuevas membranas se producen mediante la combinación del autoensamblaje de copolímeros en bloque con la separación de fases inducida por no disolventes, el llamado proceso SNIPS desarrollado en el HZG. Para ello, un terpolímero en bloque es inicialmente hecho a medida. Tal cadena de polímeros consiste en tres bloques, donde Zhang ha añadido diferentes grupos funcionales a los dos bloques finales (véase la figura 1, beige (OH), púrpura (C5H4N).

Los nanocanales en la membrana se crean entonces con SNIPS: la solución de terpolímero triblock se vierte sobre el vellón, el disolvente se evapora en poco tiempo y el vellón se sumerge en un baño de agua. Se forman pequeños tubos con diámetros similares, que "crecen" verticalmente hacia abajo desde la superficie (figura 2.). Los grupos funcionales añadidos previamente se disponen dentro de los tubos (figura 2.) y pueden recibir una carga positiva o negativa mediante la post-funcionalización (véase la figura 3). El tratamiento con yoduro de metilo (CH3I, azul) proporciona a los poros una carga positiva, mientras que el tratamiento con 1,3-propano sultana ((CH2)3SO3, verde) proporciona a los poros una carga negativa.

Era necesario optimizar un número considerable de parámetros para la formación de una capa de separación ordenada. Sólo después de innumerables experimentos, en los que alteró repetidamente los parámetros, por ejemplo, el tiempo de evaporación y el disolvente, Zhenzhen Zhang logró el avance para conseguir que una membrana isoporosa mostrara las propiedades deseadas.

En su estudio, la joven científica Zhang muestra el rendimiento de la separación para moléculas orgánicas modelo con carga diferente pero de tamaño aproximadamente comparable: por ejemplo, sólo las moléculas de azul de metileno con carga positiva son rechazadas por la membrana con carga positiva, mientras que las moléculas de riboflavina neutra pueden pasar libremente. En el caso de una membrana cargada negativamente, una sola naranja cargada negativamente Ⅱ pasa a través de ella, mientras que las moléculas verdes de naftol con carga negativa triple son rechazadas.

El profesor Volker Abetz, jefe del Instituto de Investigación de Polímeros de HZG, explica: "La investigación de Zhenzhen Zhang ha sentado las bases sobre las que construiremos. La idea de dotar a los poros de una carga positiva o negativa abre nuevas opciones de aplicación en la nanofiltración, por ejemplo, para la industria química".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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