Argonne -forskare har visat en ny tekniks livskraft för membran.

Oavsett om det är kranvatten eller en kopp kaffe, nästan allt vi dricker passerar genom något slags filter. Möjligheten att omvandla vätskor på detta sätt är avgörande för det dagliga livet, men den vilar ofta på relativt känsliga membran som snabbt kan täppa till eller försämras.

Forskare vid US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory utformar sätt att behandla membran så att de kan filtrera vätskor bättre och motstå nedbrytning från industriella kemikalier och biofoulants. Argonnes patenterade sekventiella infiltrationssyntes (SIS) teknik kan i grunden förändra ett membran inifrån, möjliggör mycket större kontroll över dess kemiska smink och porstorlek.

SIS har visat löfte för halvledartillverkning, optiska beläggningar och svampar som rengör oljespill. Nu, för första gången, Argonne -forskare har demonstrerat teknikens livskraft för membran.

Först upptäckt 2010 av Argonne -forskare, SIS är en kusin till atomlageravsättning, eller ALD. Båda teknikerna använder kemiska ångor för att ändra gränssnittet för ett material som ett membran.

"Men det finns en viktig brist på ALD för den här applikationen, "sa Seth Darling, chef för Institute for Molecular Engineering i Argonne och Advanced Materials for Energy-Water Systems Energy Frontier Research Center. "När du täcker porerna i ett membran med en teknik som ALD, du tvingar dem. "

Det beror på att ALD i princip lägger till lager ovanpå membranet, som sakta minskar pordiametrarna - ungefär som du skulle begränsa luftflödet genom en ventil i väggen om du fortsatte att måla över den. SIS, å andra sidan, odlar material inuti själva membranstrukturen, ändra sin kemi utan att signifikant påverka porformen.

"SIS kan uppnå många av de saker som ALD kan uppnå när det gäller att konstruera gränssnittet, "Älskling sa, "men med minimal porförträngning."

Nästan alla kommersiella membran är gjorda av polymerer - stora molekyler bildade från upprepande kedjor av mindre molekyler. SIS utnyttjar utrymmet mellan dessa molekyler, penetrerar membranets yta och diffunderar in i det med ett oorganiskt material. I deras konceptbevis, Darling och kollegor använde SIS för att plantera "fröna" för aluminiumoxid och odlade det inom polyetersulfon (PES) ultrafiltrering (UF) membran, gör dem mer motståndskraftiga utan att äventyra filtreringsförmågan. Resultaten publicerades online den 24 september i JOM, tidningen The Minerals, Metals and Materials Society.

SIS -tekniken möjliggör en rad förbättringar av membran:förmågan att förhindra att foulants fastnar på ytan, till exempel, eller motståndskraft mot lösningsmedel som kan behövas i en industriell miljö men som skulle lösa upp konventionella membranmaterial.

Möjligheten att konstruera membran på detta sätt kan hjälpa till att sänka kostnaderna vid vattenreningsverk eller i den kemiska och farmaceutiska industrin genom att minska stilleståndstiden och kostnaderna för att byta ut använda membran.

Älskling och medarbetare använde SIS för att skapa Oleo Sponge, som fångar upp olja från vatten. Isåfall, en metalloxid som odlas inom svampens yta fungerar som en ympningsplats för oljeälskande molekyler.

"Du kan tänka dig en liknande strategi med membran, " han sa, "Där du ymper på molekyler för att ge viss selektivitet eller andra egenskaper som du letar efter."