Härleda drickbart vatten från havsvatten, behandling av avloppsvatten och njurdialys är bara några viktiga processer som använder en teknik som kallas membranfiltrering.

Nyckeln till processen är membranfiltret - ett tunt, semi-porös film som gör att vissa ämnen som vatten kan passera genom att separera andra, oönskade ämnen. Men under de senaste 30 åren har det har inte skett några väsentliga förbättringar av de material som utgör nyckelskikten i kommersiellt producerade membranfilter.

Nu, UCLA-forskare har utvecklat en ny teknik som kallas tunnfilmslyftning, eller T-FLO, för att skapa membranfilter. Tillvägagångssättet kan erbjuda ett sätt för tillverkare att producera mer effektiva och energieffektiva membran med högpresterande plast, metallorganiska ramverk och kolmaterial. Hittills, begränsningar i hur filter tillverkas har hindrat dessa material från att vara livskraftiga i industriell produktion.

En studie som beskriver arbetet publiceras i tidskriften Nano bokstäver .

"Det finns många material där ute som i labbet kan göra fina separationer, men de är inte skalbara, "sade Richard Kaner, UCLA:s Dr. Myung Ki Hong Professor i materialinnovation och studiens seniorförfattare. "Med denna teknik, vi kan ta dessa material, göra tunna filmer som är skalbara, och gör dem användbara. "

Förutom deras potential att förbättra typer av filtrering som utförs med aktuell teknik, membran som produceras med T-FLO kan möjliggöra en rad nya former av filtrering, sa Kaner, som också är en framstående professor i kemi och biokemi, och materialvetenskap och teknik, och medlem av California NanoSystems Institute vid UCLA. Till exempel, tekniken kan en dag göra det möjligt att dra koldioxid ur industriella utsläpp - vilket skulle göra det möjligt att omvandla kolet till bränsle eller andra applikationer samtidigt som det minskar föroreningar.

Filter som de som används för avsaltning kallas asymmetriska membran på grund av deras två lager:ett tunt men tätt "aktivt" lager som avvisar partiklar större än en specifik storlek, och ett poröst "stöd" -skikt som ger membranstrukturen och låter det motstå de höga tryck som används vid omvänd osmos och andra filtreringsprocesser. Det första asymmetriska membranet för avsaltning utformades av UCLA -ingenjörer på 1960 -talet.

Dagens asymmetriska membran är gjorda genom att kasta det aktiva lagret på stödskiktet, eller gjuter båda samtidigt. Men för att tillverka ett aktivt lager med hjälp av mer avancerade material, ingenjörer måste använda lösningsmedel eller hög värme - båda skadar stödskiktet eller förhindrar att det aktiva lagret fastnar.

I T-FLO-tekniken, det aktiva lagret gjuts som en vätska på ett glas- eller metallark och härdas för att göra det aktiva lagret fast. Nästa, ett stödskikt av epoxi förstärkt med tyg tillsätts och membranet upphettas för att stelna epoxin.

Användningen av epoxi i stödskiktet är innovationen som utmärker T-FLO-tekniken-det gör det möjligt att skapa det aktiva skiktet först så att det kan behandlas med kemikalier eller hög värme utan att skada stödskiktet.

Membranet sänks sedan ner i vatten för att tvätta bort kemikalierna som inducerar porer i epoxin och för att lossa membranet från glas- eller metallplåten.

Till sist, membranet avlägsnas från plattan med ett blad - "liftoff" som ger metoden dess namn.

"Forskare runt om i världen har visat många nya spännande material som kan skilja salter, gaser och organiska material mer effektivt än vad som görs industriellt, "sa Brian McVerry, en postdoktor vid UCLA som uppfann T-FLO-processen och är studiens medförfattare. "Dock, dessa material tillverkas ofta i relativt tjocka filmer som utför separationerna för långsamt eller i små prover som är svåra att skala industriellt.

"Vi har visat en plattform som vi tror kommer att göra det möjligt för forskare att använda sina nya material i en stor, tunn, asymmetrisk membrankonfiguration, testbar i verkliga applikationer. "

Forskarna testade ett membran som producerats med T-FLO för att ta bort salt från vatten, och det visade löfte för att lösa ett av de vanliga problemen vid avsaltning, vilket är att mikrober och annat organiskt material kan täppa till membranen. Även om tillsats av klor i vattnet kan döda mikroberna, kemikalien gör också att de flesta membranen bryts ner. I studien, T-FLO-membranet avvisade både saltet och motstod klor.

I andra experiment, det nya membranet kunde också ta bort organiska material från lösningsmedelsavfall och separera växthusgaser.