Безбедност воде је један од највећих изазова данашњег друштва и из тог разлога је неопходно развити ефикасне и штедљиве технологије пречишћавања воде.
Нанофилтрација (НФ) је нова мембранска технологија под притиском која уклања вишевалентне јоне и мале молекуларне органске материје уз ниску потрошњу енергије и широко се користи у производњи воде за пиће, комуналним водама и пречишћавању индустријских отпадних вода.
Полиамидне нанофилтрационе мембране су водећи производ на тржишту од касних 1970-их. Њихова танкофилна композитна структура састоји се од порозне подлоге и дводимензионалног (2Д) полиамидног слоја, који има одличну селективност пермеације. Међутим, упркос одређеном напретку постигнутом кроз побољшања дизајна мономера, нанокомпозита и производних процеса, водопропусност полиамидних мембрана је и даље релативно ниска, што ограничава њихову ширу индустријску примену.
Последњих година, нови дизајни као што су наноразмерне Турингове структуре и наборане површине прошириле су подручје филтрације, али су у суштини еволуција 2Д мембрана. У будућности је неопходно развити нове структуре које ће додатно побољшати перформансе сепарације, уз дубоко разумевање односа између обраде и структуре како би се обезбедила иновативна решења у области пречишћавања воде.
Овде је Ву Цхунруи, истраживач са Политехничког универзитета Тиањин, известио о припреми полиамидне мембране мешовите димензије велике површине брзим самосастављањем два мала молекула на интерфејсу уље-вода на собној температури.
Мембрана има јединствену хијерархијску структуру која се састоји од једнодимензионалних наноцеви узгојених на површини дводимензионалне наномембране. Ова иновативна структура значајно повећава ефективну површину транспорта воде по јединици пројектоване површине, чинећи перформансе одвајања воде и соли мембране далеко супериорнијим у односу на најнапредније мембранске материјале који су тренутно доступни.
Кроз контролне експерименте комбиноване са симулацијама молекуларне динамике, аутори су открили да су два молекула мономера спонтано организована у дводимензионалну мрежу нанопора на почетку реакције, а раст наноцеви навише је био вођен капиларним деловањем унутар нанопора.
Слика: Шематски дијаграм полиамидне мембране мешовите димензије са НоН структуром, упоређен раме уз раме са планарном дводимензионалном полиамидном мембраном
Ова студија пружа драгоцен увид у то како међуфазне физичке и хемијске интеракције само-састављају молекуле у велике сложене хијерархијске наноструктуре у амбијенталним условима и отвара нове путеве за развој скалабилних мешовитих мембрана за пречишћавање воде. Сродни резултати објављени су у Натуре Ватер под насловом Међуфазна самоорганизација мешовитих полиамидних мембрана велике површине за брзу водену нанофилтрацију, са Си-Хуа Лиуом као првим аутором.
Резиме: Овде смо успешно применили приступ међуфазној поликондензацији да бисмо постигли производњу великих размера полиамидних мембрана мешовитих димензија у једном кораку. Јединствена архитектура НоН отвара пут енергетски ефикасним НФ мембранама које показују супериорну водопропусност и селективност воде и соли. Овај процес производње се може лако проширити коришћењем рол-то-ролл премаза и има обећавајућу практичну примену у производњи воде за пиће, као и пречишћавању комуналних и индустријских отпадних вода. Теоријски увиди стечени из овог рада откривају сложеност међуфазне поликондензације, посебно у искоришћавању интеракције између физичких и хемијских интеракција међуфаза. Аутори верују да ови налази пружају инспирацију за развој напредних технологија нанофабрикације за безбедност воде.