Investigadores de la India y Singapur informan sobre una membrana cristalina fabricada a partir de cúmulos de polioxometalatos, cuyas aberturas intrínsecas tienen un ancho de aproximadamente 1 nanómetro, lo que permite separaciones moleculares inusualmente precisas que podrían ayudar a reducir el consumo de energía en algunos procesos industriales de purificación y reutilización de agua.
Un equipo de investigación que abarca el CSIR–Central Salt and Marine Chemicals Research Institute (CSMCRI), el Indian Institute of Technology Gandhinagar (IITGN), la Nanyang Technological University de Singapur y el S. N. Bose National Centre for Basic Sciences ha desarrollado una membrana de filtración ultradelgada construida alrededor de poros de tamaño uniforme de ~1 nanómetro. El estudio fue publicado en el Journal of the American Chemical Society.
Las separaciones industriales son fundamentales para procesos como la purificación de fármacos y el tratamiento de tintes textiles, pero muchas plantas todavía dependen de métodos que consumen mucha energía, como la destilación y la evaporación. La filtración por membrana puede ser una alternativa de menor consumo energético, pero las membranas poliméricas de uso común a menudo tienen poros no uniformes que pueden cambiar con el tiempo, lo que reduce el rendimiento en condiciones operativas adversas.
Las nuevas membranas, descritas por los investigadores como "POMbranas", utilizan cúmulos de polioxometalatos (POM) como bloques de construcción. Los cúmulos tienen forma de corona y contienen una abertura natural que, según el equipo, tiene un ancho de aproximadamente 1 nanómetro y es estructuralmente estable. Para convertir estas unidades a nanoescala en un filtro práctico, el equipo unió cadenas químicas flexibles a los cúmulos y utilizó el autoensamblaje sobre agua para formar películas ultradelgadas de gran área.
Al ajustar la longitud de la cadena, los investigadores informan que pudieron controlar qué tan compactos se agrupan los cúmulos, limitando efectivamente las vías de transporte para que las moléculas crucen principalmente a través de los poros intrínsecos de los cúmulos. En las pruebas descritas en el informe, las membranas separaron moléculas que difieren en aproximadamente 100–200 Daltons, un rendimiento que, según los investigadores, es aproximadamente un orden de magnitud mejor que el de las membranas de referencia para diferencias de peso molecular tan estrechas.
En comentarios proporcionados con el trabajo, la científica sénior del CSMCRI, Shilpi Kushwaha, señaló que la estabilidad de la abertura fija del poro soluciona una debilidad clave de los filtros de "plástico" convencionales, cuyos poros pueden deformarse. El científico principal del CSMCRI, Ketan Patel, afirmó que las membranas combinan el rendimiento de separación con flexibilidad, estabilidad en diferentes niveles de acidez (pH) y la capacidad de fabricarse en láminas grandes, rasgos que, según el equipo, son importantes para la adopción industrial.
Los investigadores destacaron aplicaciones potenciales en las industrias textil y farmacéutica de la India, incluida la eliminación selectiva de tintes de las aguas residuales para apoyar la reutilización del agua, así como la recuperación de disolventes y los pasos de purificación de fármacos que requieren una alta selectividad. Presentan la membrana como un enfoque de plataforma para separaciones eficientes en cuanto a energía y recursos, al tiempo que señalan que el despliegue industrial dependería de una mayor ingeniería y escalabilidad más allá de las demostraciones de laboratorio.
