Ions tamisés avec une membrane polymère

Le système nerveux biologique fonctionne par transport sélectif de particules chargées électriquement appelées ions à travers les membranes cellulaires. Si les membranes fabriquées pouvaient obtenir une sélectivité d'ions similaires, elle pourrait transformer de nombreuses technologies, notamment la purification de l'eau, l'extraction minérale et le stockage d'énergie.

"La séparation précise des ions au niveau du sous-nanomètre par les membranes polymères est très difficile", explique l'ingénieur chimique Zhiping Lai.
Ro Membrane

Les ions sont formés lorsque les atomes ou les molécules perdent ou gagnent des électrons, gagnant ainsi une charge électrique positive ou négative. Ceux dérivés d'atomes uniques, tels que les ions de sodium (Na +), de lithium (Li +) ou de chlorure (Cl-), sont inférieurs à 1 nanomètre (10-9 mètres) de diamètre. Les chercheurs ont utilisé les tailles connues des ions pour mener des études de simulation, ce qui a aidé à identifier les monomères appropriés qui pourraient agir comme les unités moléculaires nécessaires pour se lier à une structure de membrane polymère microporeuse conjuguée (CMP).

Ils ont ensuite utilisé un processus appelé électropolymérisation pour fabriquer leurs membranes polymères. Ce processus utilise un courant électrique cyclique pour contrôler la structure précise qui se forme lorsque les molécules de monomère de benzène 1,3,5-tri (n-carbazolyl) se relient ensemble.

"Il était difficile de déterminer la taille des pores et le niveau de porosité qui en résultent en raison de la structure de la membrane asymétrique", explique Lai, ajoutant, "pour surmonter ce problème, nous avons dû faire des centaines d'échantillons."

La petite taille et la nature des pores ont empêché leur analyse d'utiliser de nombreuses méthodes de détermination structurelle courantes, mais une solution a été trouvée dans la physisorption des gaz, qui étudie l'interaction d'un matériau avec des gaz.

Dans les tests utilisant des solutions contenant une gamme d'ions, les membranes se sont avérées avoir une performance sélective de siefeuille d'ions supérieure à presque toutes les autres membranes signalées.

"Cela démontre que nos membranes polymères innovantes ont un grand potentiel dans de nombreux processus de séparation des ions liés à l'énergie et à l'environnement", explique Zongyao Zhou. L'élimination des ions de l'eau de mer pour produire de l'eau potable est une possibilité évidente. Les batteries rechargeables et autres systèmes de stockage d'énergie dépendent également du contrôle du mouvement des ions.

Zhou dit que la prochaine cible de l'équipe est d'explorer le potentiel des membranes à utiliser dans une variété de capteurs chimiques innovants. De nombreux produits chimiques d'intérêt environnemental ou médical sont constitués d'ions. Les membranes qui permettent de manière sélective des ions d'intérêt pour traverser les membranes pourraient être utilisées dans une nouvelle génération de technologie de capteur plus précise et plus flexible.