Un tipo de membrana ofrece una gran selectividad. Esta es la conclusión que ha alcanzado un equipo investigador de la Universidad de Karlsruhe en relación a las membranas de nanotubos de carbono alineados verticalmente. Esta modalidad de membrana, también conocida como VaCNT, está caracterizada por un poro y una estructura de superficie que las hace óptimas para una gran selectividad.
Dimensiones y geometría de los poros
Las membranas VaCNT pueden ser empleadas con distintos propósitos. Entre los fines en los que se emplean, encontramos la limpieza y la desalinización de agua con alto caudal y baja presión. Durante el estudio, los investigadores pusieron a prueba la eficacia de este modelo de membranas de nanotubos de carbono frente a la adsorción de hormonas esteroides.
La eliminación de microcontaminantes es una potencial aplicación de las VaCNT. Ante el reto que supone el acceso a un agua potable y segura en distintas regiones del planeta, es necesario encontrar fórmulas que mejoren la eliminación de contaminantes. En este sentido, al respecto de la eliminación de microcontaminantes, los investigadores han desarrollado un material con grandes posibilidades, compuesto por nanotubos de carbono alineados verticalmente.
El acceso a agua potable es un reto en distintas regiones del planeta
La geometría de los poros juega un papel fundamental. Como indica Andrea Iris Schäfer, miembro del estudio, el material contiene unos poros de entre 1.7 y 3.3 nanómetros de diámetro cuya forma prácticamente un perfecto cilindro y está definida por una ligera torsión. En palabras de la investigadora, los nanotubos deberían ofrecer una considerable absorción con una fricción reducida. Sin embargo, en la actualidad, las dimensiones de los poros son realmente grandes para lograr una retención efectiva y, en el caso de los de menor tamaño, no se ha logrado su viabilidad.
Estructura bajo un diseño específico
Los investigadores observaron que el material de VaCNT es un filtro idóneo. Para ello realizaron pruebas con microcontaminantes esteroides y emplearon membranas de este material producidas por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). Como resultado, se observó que su aplicación es indicada para membranas con una elevada selectividad que estén orientadas a sustancias concretas.
La adsorción de los poros depende de una combinación de factores. Según este proceso no depende únicamente de la superficie de adsorción sino que, además, también influyen la interacción de fuerzas hidrodinámicas, fricción y fuerzas de atracción y repulsión. Igualmente, a causa del gran caudal y la baja fricción, los nanoporos de alta permeabilidad, muestran una escasa interacción.
A causa del gran caudal y baja fricción, los nanoporos muestran una escasa interacción
La estructura de la superficie está diseñada de una forma específica. Según manifiesta Schäfer, al impedir el tamaño de las moléculas su retención, se produce un efecto rebote a lo largo del material. La geometría de los poros que contiene el material y su superficie, han sido diseñados para emular el efecto de un escalador que trepa por una pared y se le facilita, según esta analogía, puntos de escalada adecuados.
Un estudio pionero que recoge diez años de investigación
El diseño recoge diez años de trabajo. Francisco Fornasiero y su equipo, pertenecientes a LLNL, desarrollaron las membranas utilizadas en la investigación. Como indica Schäfer, diez años de estudio han dado lugar a este prometedor proyecto. Un trabajo tan costoso se manifiesta en el desarrollo de este modelo de membranas puesto que, en el caso de estas membranas que destacan por su considerable perfección, es un proceso de gran dificultad.
En una superficie mayor, los defectos pueden multiplicarse. Si bien los investigadores del LLNL han desarrollado membranas de superficies mayores, se contempla la posibilidad de que, a mayor dimensiones, mayor probabilidad de incidencias. Por lo tanto, es necesario contemplar que estos defectos puedan incidir en la efectividad del material. En palabras de Schäfer, haber logrado reducir la escala es un hito y, actualmente, se trabaja en el desarrollo de membranas que tengan poros de aún menores dimensiones.
Haber logrado reducir la escala es un hito y, actualmente, se trabaja en membranas de poros incluso menores
Los investigadores hicieron un estudio pionero. El trabajo del equipo, ha tenido por objeto la observación de la interacción resultante de fuerzas hidrodinámicas, fricción y fuerzas de atracción y repulsión. De esta forma, han desarrollado unas conclusiones esenciales en relación a la operación de procesado de agua y puede tener aplicaciones en procesos de ultrafiltración a través de nanoporos.
Conclusión
La sinergia da lugar a la innovación. Como hemos podido observar, la colaboración entre distintas instituciones ha dado lugar a una desarrollo tecnológico que puede mejorar la purificación del agua. Este modelo basado en Membranas de nanotubos de carbono, es realmente prometedor. Por lo tanto, estamos ante un ejemplo de cooperación para que el conocimiento nos conduzca hacia un futuro más sostenible y con una mejor gestión de nuestros recursos.
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