Pesquisadores da Índia e de Singapura relatam uma membrana cristalina feita de aglomerados de polioxometalatos cujas aberturas intrínsecas possuem cerca de 1 nanômetro de largura, permitindo separações moleculares excepcionalmente precisas que poderiam ajudar a reduzir o consumo de energia em algumas etapas de purificação industrial e reutilização de água.
Uma equipe de pesquisa composta pelo CSIR–Central Salt and Marine Chemicals Research Institute (CSMCRI), pelo Indian Institute of Technology Gandhinagar (IITGN), pela Nanyang Technological University em Singapura e pelo S. N. Bose National Centre for Basic Sciences desenvolveu uma membrana de filtração ultrafina construída em torno de poros de tamanho uniforme de ~1 nanômetro. O estudo foi publicado no Journal of the American Chemical Society.
As separações industriais são fundamentais para processos como purificação de medicamentos e tratamento de corantes têxteis, mas muitas plantas ainda dependem de métodos que consomem muita energia, como destilação e evaporação. A filtração por membrana pode ser uma alternativa de menor consumo energético, mas as membranas poliméricas amplamente utilizadas geralmente possuem poros não uniformes que podem mudar com o tempo, reduzindo o desempenho em condições operacionais severas.
As novas membranas — descritas pelos pesquisadores como “POMbranes” — usam aglomerados de polioxometalato (POM) como blocos de construção. Os aglomerados têm formato de coroa e contêm uma abertura natural que, segundo a equipe, tem cerca de 1 nanômetro de largura e é estruturalmente estável. Para transformar essas unidades em escala nanométrica em um filtro prático, a equipe fixou cadeias químicas flexíveis aos aglomerados e utilizou a auto-organização sobre a água para formar filmes ultrafinos de grande área.
Ao ajustar o comprimento da cadeia, os pesquisadores relatam que conseguiram controlar o quão compactos os aglomerados ficam, limitando efetivamente as vias de transporte para que as moléculas atravessem principalmente através dos poros intrínsecos dos aglomerados. Nos testes descritos no relatório, as membranas separaram moléculas que diferem em aproximadamente 100–200 Daltons — um desempenho que os pesquisadores afirmam ser cerca de uma ordem de grandeza melhor do que as membranas de referência para diferenças de peso molecular tão estreitas.
Em comentários fornecidos com o trabalho, a cientista sênior do CSMCRI, Shilpi Kushwaha, disse que a estabilidade da abertura fixa do poro resolve uma fraqueza fundamental dos filtros de “plástico” convencionais, cujos poros podem se deformar. O cientista principal do CSMCRI, Ketan Patel, afirmou que as membranas combinam desempenho de separação com flexibilidade, estabilidade em diferentes níveis de acidez (pH) e a capacidade de serem fabricadas em grandes folhas — características que a equipe argumenta serem importantes para a adoção industrial.
Os pesquisadores destacaram aplicações potenciais nas indústrias têxtil e farmacêutica da Índia, incluindo a remoção seletiva de corantes de águas residuais para apoiar a reutilização de água, bem como etapas de recuperação de solventes e purificação de medicamentos que exigem alta seletividade. Eles posicionam a membrana como uma abordagem de plataforma para separações eficientes em termos de energia e recursos, observando que a implantação industrial dependeria de engenharia adicional e ampliação em escala além das demonstrações laboratoriais.
