أفاد باحثون من الهند وسنغافورة عن ابتكار غشاء بلوري مصنوع من مجموعات البولي أوكسوميتالات التي تحتوي على فتحات جوهرية بعرض نانومتر واحد تقريبًا، مما يتيح عمليات فصل جزيئية دقيقة للغاية يمكن أن تساعد في خفض استهلاك الطاقة في بعض خطوات التنقية الصناعية وإعادة استخدام المياه.
طور فريق بحثي يضم أعضاء من المعهد المركزي لبحوث الملح والكيماويات البحرية (CSMCRI) التابع لمجلس البحوث العلمية والصناعية (CSIR)، والمعهد الهندي للتكنولوجيا في غانديناغار (IITGN)، وجامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة، ومركز إس إن بوز الوطني للعلوم الأساسية، غشاء ترشيح فائق الرقة مبنيًا حول مسام منتظمة الحجم يبلغ قطرها حوالي نانومتر واحد. وقد نُشرت الدراسة في دورية "مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية".
تعتبر عمليات الفصل الصناعية جوهرية في تطبيقات مثل تنقية الأدوية ومعالجة صبغات المنسوجات، لكن العديد من المصانع لا تزال تعتمد على طرق كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل التقطير والتبخير. يمكن أن يشكل الترشيح الغشائي بديلاً أقل استهلاكًا للطاقة، إلا أن الأغشية البوليمرية المستخدمة على نطاق واسع غالبًا ما تحتوي على مسام غير منتظمة قد يتغير شكلها بمرور الوقت، مما يقلل من كفاءتها في ظروف التشغيل القاسية.
تستخدم الأغشية الجديدة، التي وصفها الباحثون باسم "بومبرين" (POMbranes)، مجموعات البولي أوكسوميتالات (POM) كلبنات أساسية. تتميز هذه المجموعات بشكل يشبه التاج وتحتوي على فتحة طبيعية أفاد الفريق بأن عرضها يبلغ حوالي نانومتر واحد وتتسم بالاستقرار الهيكلي. ولتحويل هذه الوحدات النانوية إلى مرشح عملي، قام الفريق بربط سلاسل كيميائية مرنة بالمجموعات واستخدم تقنية التجميع الذاتي على الماء لتشكيل أغشية فائقة الرقة ذات مساحة واسعة.
ومن خلال تعديل طول السلسلة، أفاد الباحثون بإمكانية التحكم في مدى تراص المجموعات، مما يحد فعليًا من مسارات النقل بحيث تعبر الجزيئات بشكل أساسي عبر المسام الجوهرية للمجموعات. وفي الاختبارات الموضحة في التقرير، فصلت الأغشية جزيئات تختلف في كتلتها بنحو 100-200 دالتون، وهو أداء يقول الباحثون إنه يتفوق بمرتبة مقدارية واحدة تقريبًا على الأغشية المرجعية في التعامل مع هذه الفروق الضيقة في الوزن الجزيئي.
وفي تعليقاتها حول هذا العمل، قالت شيلبي كوشواها، العالمة البارزة في CSMCRI، إن استقرار فتحة المسام الثابتة يعالج نقطة ضعف رئيسية في المرشحات "البلاستيكية" التقليدية التي يمكن أن تتشوه مسامها. كما ذكر كيتان باتيل، العالم الرئيسي في CSMCRI، أن الأغشية تجمع بين كفاءة الفصل والمرونة والاستقرار عبر مستويات حموضة (pH) مختلفة، والقدرة على تصنيعها في شكل ألواح كبيرة، وهي سمات يرى الفريق أنها مهمة للتبني الصناعي.
سلط الباحثون الضوء على التطبيقات المحتملة في قطاعي المنسوجات والصناعات الدوائية في الهند، بما في ذلك إزالة الصبغات بشكل انتقائي من مياه الصرف الصحي لدعم إعادة استخدام المياه، بالإضافة إلى خطوات استرداد المذيبات وتنقية الأدوية التي تتطلب انتقائية عالية. وهم يقدمون الغشاء كنهج منصة لعمليات فصل تتسم بكفاءة الطاقة والموارد، مع الإشارة إلى أن النشر الصناعي سيعتمد على المزيد من الهندسة والتوسع في النطاق إلى ما بعد النماذج المخبرية.
