Skräddarsydda membran erbjuder en renare metod för industriseparation av kemiska blandningar, säger Suzana Nunes. Men först måste vi göra deras tillverkning grönare.

Porösa polymermembran kan verkligen städa upp i den kemiska och biotekniska industrin, Suzana Nunes tror. Precis som permeabla membran har förskjutit energisnurrande tekniker, såsom avdunstning för avsaltning av havsvatten, membran kan vara ett mycket mer miljövänligt alternativ för otaliga industriella kemiska reningar, säger KAUST -professorn i miljövetenskap och teknik.

Innan vi byter, det finns en utmaning att övervinna, Nunes argumenterar. Ironiskt, trots deras miljöapplikationer, den klassiska processen för att göra membranet är i sig långt ifrån grönt. De flesta membran är gjorda med flyktiga organiska lösningsmedel, utsätta arbetstagare för skadliga ångor. Dessa lösningsmedel finns på EU:s lista över industrikemikalier för vilka det är det mest brådskande behovet av att hitta renare, säkrare alternativ. I många länder, lösningsmedlen står inför ett potentiellt förbud.

"Industri inser vikten av att ersätta dessa organiska lösningsmedel, "Säger Nunes." Men byt ut dem mot vad? "

Ta ledningen för grön produktion

Det är där forskning måste komma in, Nunes säger, och där hon själv tar ledningen. Nunes tänker på en tvåstegslösning på membranproblemet:demonstrera för industrin en renare metod för att göra dem; bevisa sedan att dessa gröna membran fungerar lika bra, eller bättre, än konventionellt tillverkade membran för industriseparationer.

Framstegen i steg ett är redan långt framme. Det klassiska sättet att göra ett membran är att ta en polymer och lösa den i ett organiskt lösningsmedel. Lösningen gjuts i ett tunt lager, och en del av lösningsmedlet får avdunsta innan det sänks ner i vatten för att slutföra processen, Nunes förklarar .. Storleken på porerna i det resulterande polymerarket avgör till stor del vilka komponenter i en kemisk blandning som kan passera genom membranet och vilka som avvisas.

Nunes förespråkar ett alternativt tillvägagångssätt för membrantillverkning. "Vårt arbete har fokuserat på att använda joniska vätskor som lösningsmedel, "säger hon. Joniska vätskor är salter som är flytande vid rumstemperatur, men är helt flyktiga, vilket gör dem mycket säkrare för arbetarna. Joniska vätskor har varit ett hett ämne inom grön kemiforskning under det senaste decenniet och ett brett sortiment är nu kommersiellt tillgängligt.

Göra framsteg

Nunes och hennes team på KAUST skapar redan membran med hjälp av joniska vätskor. Många befintliga högpresterande porösa membran innehåller en polymer som kallas polyetersulfon och förra året, forskarna visade att de kunde göra dessa med ett joniskt flytande lösningsmedel1. Vad mer, det nya membranet utförde en konventionellt producerad ekvivalent för att separera komplexa blandningar av peptider och proteiner-för närvarande en kostsam och mödosam process för bioteknikindustrin. Ansökningarna är stora. Till exempel, många nya läkemedel är biologiska läkemedel gjorda av proteiner, som måste renas mycket innan de ges till patienter. De rätta porösa membranen kan dramatiskt förenkla denna process.

Att byta till joniska vätskor för membrantillverkning bör ha andra fördelar, Nunes argumenterar. "Vi tror att vi kanske kan lösa polymerer som vi hittills inte kunde lösa, och förlänga den typ av material vi kan använda för membran, Säger Nunes.

Att göra membran av nya material kan vara till stor nytta för många kemiska industriseparationer, där att ta ett befintligt kommersiellt membran från hyllan ofta inte är ett lönsamt alternativ. De två nuvarande största användningarna av membran-dialysmembran för sjukvård och avsaltningsmembran för sötvattenproduktion-involverar vattenbaserade vätskor vid godartade temperaturer. Men kemiska separationer kan innebära organiska lösningsmedel, syror eller alkalier och höga temperaturer. Dessa frätande förhållanden kommer snabbt att försämra ett vanligt membran.

Parallellt med hennes arbete med joniska vätskor, Nunes har utvecklat membran baserade på poly (oxindolebifenylylene), som är ogenomträngliga för extrema pH -värden och framgångsrikt kan separera kemiska blandningar i organiska lösningsmedel vid oöverträffade temperaturer över 300 ° C2. "Detta är ett ämne av verklig industriell relevans, där vi kan bidra mer och mer under de närmaste åren, " hon säger.

Att kombinera denna typ av membranmotståndskraft med jon-vätskebaserad tillverkning är nästa utmaning forskarna måste anamma för att maximera membranens miljömässiga fördelar, Säger Nunes.

"Tio år från nu, Jag hoppas att vi kommer att övertyga membranindustrin, och de kommer redan att använda alternativa lösningsmedel, "säger hon." Och jag är säker på att vi kommer att använda membran i den kemiska industrin mycket mer än de används nu, "tillägger hon." Det är där forskare som jag kan bidra mest till förändring. "