Ионы просеивания с полимерной мембраной

Биологическая нервная система работает путем селективного транспорта электрически заряженных частиц, называемых ионами через клеточные мембраны. Если изготовленные мембраны смогли достичь аналогичной ионной селективности, они могли бы трансформировать многие технологии, включая очистку воды, добычу минералов и хранение энергии.

«Достижение точного ионного разделения на уровне субнанометра с помощью полимерных мембран очень сложно»,-говорит химический инженер Zhiping Lai.
Ro Membrane

Ионы образуются, когда атомы или молекулы теряют или получают электроны, поэтому получают положительный или отрицательный электрический заряд. Те, кто получен из отдельных атомов, таких как ионы натрия (Na+), литий (Li+) или хлорид (Cl-), меньше 1 нанометра (10-9 метров). Исследователи использовали известные размеры ионов для проведения имитационных исследований, которые помогли идентифицировать подходящие мономеры, которые могли бы действовать как молекулярные единицы, необходимые для связи с сопряженной мембранной структурой микропористого полимера (CMP).

Затем они использовали процесс, называемый электрополимеризацией, чтобы сделать их полимерные мембраны. В этом процессе используется циклический электрический ток для контроля точной структуры, которая образуется, когда молекулы 1,3,5-трис (N-карбазолил) бензола связываются вместе.

«Было сложно определить результирующий размер пор и уровень пористости из -за асимметричной мембранной структуры, - говорит Лай, добавляя, - чтобы преодолеть эту проблему, мы должны были сделать сотни образцов».

Крошечный размер и природа пор помешали их анализу использование многих общих методов структурного определения, но решение было обнаружено в физической форсировании газа, которое изучает взаимодействие материала с газами.

В тестах с использованием решений, содержащих ряд ионов, мембраны оказались, обладали селективной ионной производительностью, превосходящей почти все другие зарегистрированные мембраны.

«Это демонстрирует, что наши инновационные полимерные мембраны имеют большой потенциал во многих процессах разделения ионов, связанных с энергетикой и окружающей средой»,- говорит Зонгьяо Чжоу. Удаление ионов из морской воды для производства питьевой воды является одной из очевидных возможностей. Перезаряжаемые батареи и другие системы хранения энергии также зависят от управления движением ионов.

Чжоу говорит, что следующей целью для команды является изучение потенциала мембран, которые будут использоваться в различных инновационных химических датчиках. Многие химические вещества экологического или медицинского интереса состоят из ионов. Мембраны, которые избирательно позволяют ионам, представляющим интерес, проходить через мембраны, могут использоваться в новом поколении более точных и гибких датчиков.