I en värld som verkar drunkna i plastflaskor, återvinning av detta avfall till användbara material skulle bidra till att minska dess miljöpåverkan. KAUST-forskare har nu uppfunnit ett sätt att förvandla plastflaskor till porösa membran som kan användas som molekylära filter i den kemiska industrin.

Ungefär 40 procent av den kemiska industrins energianvändning går till att separera och rena kemikalier i värmeintensiva processer, såsom destillation och kristallisation. Att använda porösa membran för att separera molekyler från vätskor kan dramatiskt minska den energiförbrukningen. Men de flesta konventionella membran är inte tillräckligt robusta för att klara den typ av lösningsmedel som används i industrin, och alternativa keramiska membran tenderar att vara mycket dyra.

KAUST-teamet vände sig istället till återvunnet poly(etylentereftalat) (PET). "PET är mekaniskt och kemiskt robust, vilket gör det användbart för filtrerings- och reningsprocesser som kräver sterilisering eller rengöring med syror eller blekmedel, säger Bruno Pulido, Ph.D. studerande.

2016, global produktion av PET nådde 50 miljoner ton, står för cirka 9 procent av den totala plastproduktionen. Ungefär 30 procent av PET används i livsmedelsindustrin, inklusive engångsflaskor. PET är vanligtvis "nedcyklad" till produkter med lägre värde, som klädtyger, så att omvandla det till mer värdefulla filtreringsmembran kan ge ett starkt ekonomiskt incitament att förbättra återvinningsgraden.

För att skapa sina membran, forskarna löste PET och använde sedan ett annat lösningsmedel för att göra PET fast igen, denna gång i form av ett membran istället för en flaska.

Teamet testade ett brett utbud av olika bearbetningsförhållanden och lösningsmedel och använde en tillsats som kallas poly(etylenglykol) (PEG) för att hjälpa till att bilda porer i PET-membranen. Ändring av koncentrationen och storleken på PEG -molekylerna hjälpte till att kontrollera antalet och storleken på porerna i membranet, och därmed finjustera dess filtreringsegenskaper.

Efter att ha optimerat denna process, teamet mätte hur lätt vätska flödade genom membranen och hur väl de separerar molekyler av olika storlekar. De bästa membranen hade porstorlekar som varierade från 35 till 100 nanometer breda, med porer som täcker upp till 10 procent av membranets yta; de presterade också bra vid 100 grader Celsius.

Pulido säger att membranen skulle kunna användas som stöd för tunna lager av andra filtreringsmaterial, såsom de som finns i membran med omvänd osmos. "Vi arbetar också med utvecklingen av ihåliga PET-fibrer, en typ av membran med ytterligare fördelar jämfört med platta membran, " han lägger till.