Kovalenta organiska material med välordnade porösa mikrostrukturer skulle kunna tillhandahålla de membran som behövs för att tekniken ska möta allt strängare miljökontroller och vara kostnadseffektiva att producera.

Forskare från KAUST har skapat kristallina membran, som består av organiska byggstenar som hålls samman av kovalenta bindningar, som möjliggör rening och återvinning av organiskt lösningsmedel med hög selektivitet och högt flöde. Membranen har också potential för innovativa processer inom den kemiska industrin.

Nanofiltrering av organiskt lösningsmedel involverar vanligtvis polymerbaserade membran som har små porer men bildar täta och amorfa nätverk. Välordnade mikroporösa material, såsom zeoliter och metallorganiska ramverk, presterar betydligt bättre än dessa konventionella membran i olika separationsprocesser. Dock, de är inte lämpliga för omfattande användning vid vätskeseparering på grund av deras dåliga strukturella och kemiska stabilitet i vätskor.

Nu, ett team ledd av Zhiping Lai, har utvecklat ett syntetiskt tillvägagångssätt som producerar välordnade mikroporösa material som stabiliseras av kovalenta keto-enaminbindningar. Dessa bindningar produceras från reaktionen mellan amin- och aldehydfunktionella grupper av organiska föreningar.

Forskarna tillverkade membranen med Langmuir-Blodgett-metoden, som på ett tillförlitligt sätt producerade tunna filmer med stor yta av väldefinierad tjocklek med användning av amfifila aldehyd- och aminprekursorer. De avsatte prekursorblandningslösningarna på en vattenyta för att bilda svagt bundna tvådimensionella hexagonala strukturer. När lösningsmedlet avdunstat, de komprimerade filmerna i sidled och tillsatte en organisk syra till blandningen, omvandla de reversibla bindningarna till kovalenta keto-enaminbindningar och försegla de hexagonala strukturerna på plats.

De nya membranen överträffade amorfa analoger tillverkade med samma metod och de bästa polymerbaserade systemen. "De delar samma kemi som polymeranaloger, vilket resulterar i liknande hydrotermisk, kemiska och mekaniska stabiliteter, men deras flöden är högre, säger postdoktor, Digambar Shinde, tidningens första författare.

Permeabiliteten för organiska lösningsmedel för de nya membranen är nästan en storleksordning högre än för de bäst rapporterade polymermembranen, tillägger han. Membranen var stabilare än metallorganiska ramverk och mer kostnadseffektiva än oorganiska membran. De kan också separera blandningar av färgämnesmolekyler som skiljer sig i molekylvikter och storlekar.

Teamet arbetar för närvarande med att utöka användningen av membranen till en mängd olika applikationer. "Porstorlekarna på dessa membran är lämpliga för förbehandling av avsaltning av havsvatten, Livsmedelsbearbetning, rening av läkemedel och medicinska processer, som hemodialys, " säger Shinde. Membranen kan också vara användbara för att eliminera tungmetaller, virus och bakterier.