ポリマー膜でイオンをふるいにかけます

June 16, 2023

生物学的神経系は、細胞膜を介してイオンと呼ばれる電荷粒子の選択的輸送によって機能します。製造された膜が同様のイオン選択性を達成できた場合、浄水、鉱物抽出、エネルギー貯蔵など、多くの技術を変換することができます。

「ポリマー膜によるサブナノメートルレベルで正確なイオン分離を達成することは非常に困難です」と化学エンジニアZhiping LAIは述べています。
Ro Membrane

イオンは、原子または分子が電子を失ったり獲得したりすると形成されるため、正または負の電荷を獲得します。ナトリウム（Na+）、リチウム（Li+）、または塩化物（Cl-）イオンなどの単一原子に由来するものは、直径1ナノメートル（10〜9メートル）未満です。研究者は、既知のサイズのイオンを使用してシミュレーション研究を実施し、共役微小星ポリマー（CMP）膜構造にリンクするために必要な分子単位として作用する可能性のある適切なモノマーを特定するのに役立ちました。

次に、電気作用と呼ばれるプロセスを使用してポリマー膜を作りました。このプロセスは、循環電流を使用して、1,3,5-Tris（N-カルバゾリル）ベンゼンモノマー分子が結合するときに形成される正確な構造を制御します。

「非対称膜構造のために生じる細孔サイズと多孔性のレベルを決定するのは困難でした」とLai氏は付け加え、「この問題を克服するために何百ものサンプルを作成する必要がありました」と付け加えます。

細孔の小さなサイズと性質により、分析は多くの一般的な構造決定方法を使用することを妨げましたが、材料とガスとの相互作用を研究するガスの物理吸着には解が見られました。

さまざまなイオンを含む溶液を使用したテストでは、膜は、他のほとんどすべての報告された膜よりも優れた選択的イオンシーニング性能を持つことが証明されました。

「これは、当社の革新的なポリマー膜が多くのエネルギーおよび環境関連のイオン分離プロセスにおいて大きな可能性を持っていることを示しています」とZongyao Zhou氏は言います。海水からイオンを除去して飲みやすい水を生産することは、明らかな可能性の1つです。充電式電池やその他のエネルギー貯蔵システムは、イオンの動きの制御にも依存しています。

周は、チームの次の目標は、さまざまな革新的な化学センサーで使用される膜の可能性を探ることだと言います。環境または医学的関心の多くの化学物質はイオンで構成されています。関心のあるイオンが膜を通過することを選択的に許可する膜は、より正確で柔軟なセンサー技術の新世代で使用できます。

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Ms. Eric

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