Новая техника создания мембран для фильтрации и опреснения следующего поколения

Исследователи UCLA разработали новую технику тонкоплёночного отслаивания (T-FLO) для создания мембранных фильтров. Этот подход может позволить производить более эффективные и энергоэффективные мембраны из высокопроизводительных пластиков, металлоорганических каркасов и углеродных материалов, которые ранее не могли быть масштабированы для промышленного производства.

Проблема текущих технологий

Ключевые процессы, такие как опреснение воды, очистка сточных вод и диализ, используют асимметричные мембраны. Они состоят из двух слоёв:

• Тонкий, но плотный активный слой, который отсеивает частицы.
• Пористый опорный слой, придающий структуру и устойчивость к высокому давлению.

За последние 30 лет не было значительных улучшений в материалах для коммерческих мембран. Существующие методы производства не позволяют создавать активный слой из перспективных материалов (с использованием растворителей или высоких температур), не повреждая опорный слой.

Суть метода T-FLO

1. Формирование активного слоя: Активный слой в жидком виде наносится на лист стекла или металла и отверждается.
2. Добавление опорного слоя: На активный слой наносится опорный слой из эпоксидной смолы, армированной тканью, и нагревается для отверждения.
3. Обработка и отслаивание: Мембрану погружают в воду, чтобы создать поры в эпоксидке и ослабить её сцепление с подложкой. Затем мембрану отслаивают лезвием ("liftoff").

Ключевое преимущество: Использование эпоксидной смолы в опорном слое позволяет сначала создать и обработать активный слой (химически или термически), не повреждая опору.

Результаты и перспективы

• Мембрана, созданная по технологии T-FLO, показала эффективность в опреснении воды и, что важно, устойчивость к хлору, который обычно убивает микробы, засоряющие мембраны, но и разрушает их.
• В других экспериментах мембрана также успешно удаляла органические материалы из растворителей и разделяла парниковые газы.
• Технология открывает путь для тестирования новых перспективных материалов в крупноформатных, тонких, асимметричных мембранах для реальных применений, включая возможное извлечение CO₂ из промышленных выбросов.

Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.