El recubrimiento dirigido mejora las membranas de óxido de grafeno para la nanofiltración

22 de enero de 2021

por Li Yuan, Academia China de Ciencias

La nanofiltración (NF) es una tecnología avanzada para el tratamiento de aguas residuales que contienen microcontaminantes orgánicos (OMP).

Recientemente, un grupo de investigación dirigido por el Prof. Wan Yinhua del Instituto de Ingeniería de Procesos (IPE) de la Academia de Ciencias de China desarrolló una membrana de nanofiltración de óxido de grafeno estable con un tamaño de poro uniforme para eliminar las OMP.

El estudio fue publicado en el Chemical Engineering Journal el 20 de enero.

Propone combinar una estrategia de amplificación de señales y una química de defectos para reducir la distribución del tamaño de los poros de la membrana, ofreciendo así un método prometedor para preparar membranas NF altamente selectivas.

El óxido de grafeno (GO) muestra un gran potencial en el tamizado molecular para su uso en NF. Las membranas GO generalmente se preparan apilando nanohojas GO sobre una capa de soporte porosa. Sin embargo, el uso de membranas GO es limitado debido a su baja estabilidad en ambientes acuosos.

Además, los grandes defectos resultantes de la deposición no uniforme de nanoláminas GO pueden causar que las membranas tengan una baja capacidad de retención y también pueden provocar una contaminación grave de las membranas.

En su estudio, los investigadores propusieron una estrategia de modificación dirigida para mejorar simultáneamente la capacidad antiincrustante de las membranas GO y regular sus nanocanales.

Primero se añaden iones férricos (Fe3+) a la solución GO para preparar una membrana GO estable (GO-Fe). "El Fe3+ añadido puede amplificar la señal de los defectos en la membrana GO-Fe, donde se forman defectos transversales más grandes debido a la interacción repulsiva entre las nanohojas GO adyacentes", dijo el profesor Luo Jianquan del IPE.

La superficie de la membrana GO-Fe se modifica posteriormente mediante una capa de recubrimiento específica que consiste en ácido tánico-aminopropiltrietoxisilano (TA-APTES), y los defectos más grandes de la membrana con más Fe3+ luego se reparan con el recubrimiento TA-APTES más grueso. Un recubrimiento TA-APTES "moteado" de este tipo puede mejorar simultáneamente la capacidad antiincrustante y estrechar la distribución del tamaño de los poros de la membrana GO mediada por Fe3+.

"En comparación con las membranas de poliamida NF disponibles comercialmente, nuestra membrana GO con revestimiento específico muestra rechazos mayores y más estables en varios OMP, incluso en funcionamiento a largo plazo, filtración de flujo cruzado o bajo alta presión", dijo el profesor Luo.

Más información: Sushuang Li et al. Los iones férricos mediaron el estrechamiento de defectos de la membrana de nanofiltración de óxido de grafeno para una eliminación sólida de microcontaminantes orgánicos, Chemical Engineering Journal (2021). DOI: 10.1016/j.cej.2021.128587

Proporcionado por la Academia China de Ciencias